pisos de madera densificada con especies de rÁpido
Post on 27-Dec-2021
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DEL BIO-BIO
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN MADERA
PISOS DE MADERA DENSIFICADA CON ESPECIES
DE RÁPIDO CRECIMIENTO: PINUS RADIATA Y
EUCALYPTUS NITENS
Tesis presentada en el Departamento de Ingeniería en Maderas de la Universidad
del Bío-Bío para la obtención del grado de Magíster en Ciencia y Tecnología de la Madera.
Trabajo de Habilitación Profesional presentado en conformidad a los requisitos para
obtener el título de Ingeniero Civil en Industrias de la Madera.
DÉBORA SOLEDAD PINO PALMA
Director de Tesis William Gacitúa Escobar. Ph.D., Depto. Ing. en Maderas
Facultad de Ingeniería, Universidad del Bío-Bío.
Co-Directora: Cecilia Bustos Avila. Ph.D., Depto. Ing. en Maderas
Facultad de Ingeniería, Universidad del Bío-Bío.
CONCEPCIÓN – CHILE
2017
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
iii
AGRADECIMIENTOS
Al finalizar esta etapa, quisiera agradecer a todos los que me apoyaron durante este proceso,
especialmente a mis profesores que me guiaron y enriquecieron de conocimientos durante toda
la estadía en esta casa de estudio. Agradecer de forma especial a mi director de tesis y profesor
William Gacitúa, por confiar en mí, por el cariño y por fortalecerme cada vez que lo necesite.
Muchas gracias también a mi Co-directora Cecilia Bustos, por guiarme y asesorarme durante la
ejecución de esta investigación, además de invitarme a participar del proyecto FONDEF IDEA
CA 13i10310 a raíz del cual realicé mi tesis de magíster, también dar las gracias, al proyecto
INES 14-40 por apoyo financiero durante mis estudios.
Agradecer también al Laboratorio de Biomateriales y Nanotecnología, en especial a Jorge
Chávez y Alfredo Winterstein buena disposición, al personal del Pabellón de Tecnología de la
Madera de la Universidad del Biobío, y al personal del CATEM de la universidad del Biobío,
quienes hicieron posible la materialización de este proyecto. Agradecer también a Daniel Torres,
por el trabajo realizado en conjunto en la ejecución de esta tesis. A mis Amigos y compañeros,
que han dejado una hermosa huella en este largo camino.
Finalmente y lo mas importante, agradecer a Dios y a mi hermosa familia por ser un pilar
fundamental en mi vida, en especial agradezco a mi Madre Eva Palma y a mis hermanos por su
amor y su apoyo incondicional, agradezco además a mi persona especial, Ignacio Susperreguy
por su amor verdadero, gran apoyo y por el tesoro más grande que me pudo dar, mi pequeño
Sebastián, amor infinito.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
iv
RESUMEN
En esta investigación se fabricó un piso de ingeniería con la superficie densificada con maderas
de Pinus radiata y Eucalyptus nitens. Adhesivo urea formaldehído y sustratos de OSB y
contrachapado fueron usados. Las propiedades de cada uno de los componentes del piso fueron
medidas para conocer sus propiedades físicas y mecánicas. Una vez el piso fue fabricado se
analizaron sus propiedades físicas, mecánicas y nanomecánicas. Mediante el SEM (scanning
electron microscopy) se evaluó la morfología de la zona de la interfase (madera-adhesivo-
madera). El envejecimiento acelerado permitió observar y medir el comportamiento de la
superficie del piso laminado sometida a rayos UV y a condensación. Luego con las propiedades
de las láminas que componen el piso, se realizó un modelamiento a través de la teoría clásica de
laminación, con el fin de obtener propiedades mecánicas del piso compuesto.
Se logró ratificar que las chapas de madera densificada que componen el piso de ingeniería
tienen mayores propiedades físicas y mecánicas que las chapas sin tratamiento de densificación.
Mediante los ensayos físicos, mecánicos y nanomecánicos realizados a los pisos fabricados, se
logró corroborar que los pisos con tratamiento de densificación en su superficie, tienen un
aumento significativo en sus propiedades en comparación con los pisos sin el tratamiento de
densificación. La morfología de la interfase en pisos de ingeniería, mostró que el tratamiento de
densificación afecta la penetración del adhesivo. A través del envejecimiento acelerado se logra
observar el buen comportamiento de los pisos con la superficie densificada, además de
comprobar la eficacia del barniz poliuretano para la protección de la superficie del piso de
ingeniería. A través del software MatLab se realizó el modelamiento con la teoría clásica de
laminación, sin embargo y luego de la comparación con las propiedades del compuesto obtenidas
experimentalmente, no fue posible la validación de este.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
v
ABSTRACT
In this research, an engineered wood flooring was fabricated with a densified surface of Pinus
radiata and Eucalyptus nitens. Urea formaldehyde adhesive and OSB and plywood substrates
were used. The properties of each of the floor components were measured to determine their
physical and mechanical properties. Once the engineered wood flooring was fabricated, its
physical, mechanical and nanomechanical properties were analysed. SEM (scanning electron
microscopy) evaluated the morphology of the interface zone (wood-adhesive-wood). Accelerated
aging allowed to observe and measure the behaviour of the surface of the laminate flooring
treated with UV rays and condensation. Then with the properties of the veneers that form the
floor, a model was made through the classical lamination theory, to obtain mechanical properties
of the floor compound.
It was possible to confirm that the densified wood veneers that form the engineered wood floor
have greater physical and mechanical properties than sheets without densification treatment. By
means of the physical, mechanical and nanomechanical tests carried out on the manufactured
floors, it was possible to corroborate that the floors with treatment of densification in their
surface, have a significant increase in their properties compared to the floors without the
treatment of densification. The morphology of the interface in engineering floors showed that the
densification treatment affects the penetration of the adhesive. Through accelerated aging it is
possible to observe the good behavior of the floors with the densified surface, besides checking
the efficiency of the varnish polyurethane for the protection of the surface of the engineered
wood floor. Through the MatLab software modeling was done with the classical lamination
theory, however, and after the comparison with the properties of the compound obtained
experimentally, it was not possible to validate this.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
vi
PREFACIO
Este estudio se desarrolló al alero del proyecto FONDEF IDEA CA 13i10310 denominado
“Densificación y nanocaracterización de maderas de rápido crecimiento para productos de ingeniería
de alto valor”.
Esta tesis se realizó en el contexto de la articulación entre la habilitación profesional de la carrera de
Ingeniería Civil en Industrias de la Madera y el Magíster en Ciencia y Tecnología de la Madera, del
Departamento de Ingeniería en Maderas de la Universidad del Bío-Bío. Desarrollada principalmente
en el Centro de Biomateriales y Nanotecnología (CBN) de la Universidad del Bío-Bío.
La tesis es presentada en modalidad de artículos científicos; los cuales son presentados en 3
capítulos. Los resultados del capítulo 1 fueron sometidos en la Revista Maderas Ciencia y
Tecnología, indicada en las bases de datos ISI Thomson Reuters (Web of Sciencie).
Otros resultados de esta investigación, también fueron expuestos en el III encuentro de investigadores
de estudiantes de Postgrado de la universidad del Bío-Bío, realizadas en año 2015 en la Universidad
del Bío-Bío.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
vii
A mi hijo Sebastián, a mi madre Eva, a mis hermanos y familia, a mi novio
Ignacio, profesores, compañeros y amigos.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
viii
INDICE
CONTENIDO…………………………………..…………………………………...…............90
AGRADECIMIENTOS……………………………………………………….………………... i
RESUMEN……………………………………………………………………………………....ii
ABSTRACT……..……………………………………………………………………………...iii
PREFACIO……………………………………...………………………………..……….….....iv
ÍNDICE………………………………………………………………...……………………......vi
LISTA DE TABLAS………..…………………………………………………….....................vii
LISTA DE FIGURAS……………………………………………...…………….................viii-ix
INTRODUCCIÓN………………………..………...………………….……………………..….1
CAPÍTULO 1: Caracterización física y mecánica de la
materia prima para la fabricación de pisos de ingeniería ………………………………………10
CAPÍTULO 2: Fabricación y determinación de las propiedades
físicas, mecánicas y nanomecánicas de los pisos de ingeniería ……………………………….34
CAPÍTULO 3: Modelamiento de las propiedades mecánicas
del piso de ingeniería a través de la teoría clásica de laminación……………………......…….66
CONCLUSIONES GENERALES………………………………………..……………………82
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………….………83
ANEXO 1: Rutina computacional creada en MatLab, (código del modelamiento).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
vii
LISTA DE TABLAS
TABLAS CAPÍTULO 1
Tabla 1-1: Densidades y contenido de humedad para chapas densificadas y sustratos del piso.
Tabla 1-2: Resultados de Viscosidad y pH de adhesivo urea formaldehído.
TABLAS CAPÍTULO 2
Tabla 2-1: Variables de prensado para la adhesión de madera densificada en los sustratos de
OSB y contrachapado.
Tabla 2-2: Etapas del ciclo (12 horas) de envejecimiento UV.
Tabla 2-3: Espesor promedio (µm) de la interfase del piso de ingeniería.
Tabla 2-4: Módulo de Elasticidad (Er) en pared celular y en adhesivo de pisos de
Pinus radiata y Eucalyptus nitens.
Tabla 2-5: Módulo de elasticidad de la interfase (Ei) para pisos de Pinus radiata y Eucalyptus
nitens con distintas condiciones.
Tabla 2-6: Módulo de elasticidad E del piso ingeniería en ensayo de tracción paralela
TABLAS CAPÍTULO 3
Tabla 3-1. Propiedades de los materiales para alimentar el modelo obtenidas en los capítulos 1 y
2 de esta tesis.
Tabla 3-2: Características del laminado.
Tabla 3-3: Módulo de elasticidad de los laminados E1 obtenidos a través del modelamiento con
la teoría clásica de laminación y de forma experimental.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
viii
LISTA DE FIGURAS
FIGURAS INTRODUCCIÓN:
Figura Intro. -1: Diferencia entre madera sin densificar y madera densificada con el método de
THM con una compresión de 130% (Rautkarie et al. 2011).
Figura Intro. -2: Diferencia que existe entre madera sin densificar y madera densificada a
nivel microescala (Kamke, 2006), (i) Pared celular sin tratamiento de densificación; (ii) Pared
celular con tratamiento de densificación.
Figura Intro. -3: Vista microscópica de la penetración del adhesivo PF en madera densificada
(Kutnar et al. 2007).
Figura Intro. -4: Curvas de carga-desplazamiento típicos de nanoindentación en las paredes
celulares de las fibras densificadas y no densificadas (Bustos et al., 2012).
FIGURAS CAPITULO Nº 1:
Figura 1-1: Dimensiones probeta tipo I “hueso de perro” para sustratos.
Figura 1-2: Dimensiones probeta tipo V “hueso de perro” madera densificada.
Figura 1-3: Ensayo de tracción de probetas (Software TestXpert II V3.1).
Figura 1-4: Imágenes obtenidas a través del software Video x Tens versión 5.28
Figura 1-5: Probeta hueso de perro con marcadores en tiras adhesivas dispuestas
con ángulo de 5°.
Figura 1-6: Tracción Paralela E (GPa): (a) Sustratos ; (b) Chapas densificadas y chapas sin
densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto a la media.
Figura 1-7: Tracción perpendicular E (GPa): (a) Sustratos; (b) Chapas densificadas y chapas sin
densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto a la media.
Figura 1-8: Razón de Poisson paralela (ν): (a) Sustratos ; (b) Chapas densificadas y Chapas sin
densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto a la media.
Figura 1-9: Razón de Poisson perpendicular: (a) Sustratos ; (b) Chapas densificadas y Chapas sin
densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto a la media.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
ix
FIGURAS CAPITULO Nº 2:
Figura 2-1: Fabricación de piso laminado.
Figura 2-2: Perfilado del piso de ingeniería con sustrato contrachapado.
Figura 2-3: Esquema interfase adhesivo-madera (Müller et al. 2009).
Figura 2-4: Porta muestra con probetas ordenadas respectivamente en condiciones control,
densificadas y densificada con barniz: (a) Probetas Pinus radiata; (b) Probetas de Eucalyptus
nitens.
Figura 2-5: Escala de color, coordenadas cromáticas numéricas.
Figura 2-6: Dureza Brinell para pisos de Eucalyptus nitens con condiciones: control,
densificado, densificado con barniz (a) Piso con sustrato OSB; (b) Piso Sustrato contrachapado.
Gráfico de barras de error representando valores medios.
Figura 2-7: Dureza Brinell HB para pisos de Pinus radiata con condiciones: control,
densificado, densificado con barniz: (a) Piso con sustrato OSB; (b) piso con sustrato
contrachapado. Gráfico de barras de error representando valores medios.
Figura 2-8: Probetas con marcas de indentaciones después del test de dureza Brinell para cada
especie y condición del piso (a) Probetas de piso Pinus radiata; (b) Probetas de piso Eucalyptus
nitens.
Figura 2-9: Adsorción de Humedad en pisos de Eucalyptus nitens, según su condición y sustrato
que lo componen.
Figura 2-10: Adsorción de Humedad en pisos de Pinus radiata, según su condición y sustrato
que lo componen.
Figura 2-11: Diferencia de color pisos de Pinus radiata.
Figura 2-12: Diferencia de color pisos de Eucalyptus nitens.
FIGURAS CAPITULO Nº 3:
Figura 3-1: Materiales compuestos. (a) Compuesto reforzado con partículas. (b) Compuesto
reforzado con fibras, el cual es un compuesto laminado (la matriz se forma apilando láminas)
unidireccional (las fibras están orientadas en este caso en una sola dirección).
Figura 3-2: Geometría y coordenadas de laminado. Suna, B. (2014).
Figura 3-3: Geometría de piso laminado según la teoría clásica de laminación.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
1
INTRODUCCIÓN
Después de la segunda guerra mundial, una serie de productos alternativos a los pisos
tradicionales, surgieron como alternativas a esto las alfombras y cubrepisos, el linóleo y sus
variantes, las baldosas y cerámicas. Características tales como su rapidez de instalación,
facilidad de mantención y precio, entre otros, hicieron que los consumidores los incorporaran
rápidamente en sus preferencias. A partir, de años de los noventa, se produjo un vuelco hacia
lo natural y, en particular, hacia aquellos productos con mayor tradición y nobleza, situación
que ha traído un renovado interés por los pisos de madera. Soto y Gysling (2009).
En Chile, la producción de pisos es marginal respecto de otros productos forestales elaborados
y las importaciones superan enormemente las exportaciones. Principalmente son importado
desde Brasil, Alemania, Bélgica, España, Indonesia, Malasia o China. (INFOR, 2016).
Los pisos sólidos tienen mejores posibilidades de desarrollo dado que en el mercado mundial
éstos son enteramente fabricados con maderas latifoliadas (madera duras). Sin embargo en
Chile, la madera nativa limita su uso, debido a que están especies presentan una tasa de
crecimiento muy lenta. El Pinus radiata en cambio, es la principal especie comercial de uso
estructural en el país, con una superficie del 58% del total de los bosques plantados (INFOR,
2016). Con una densidad de 450 kg/m3, Akpabio, (2012). El Eucalyptus nitens es otra
especie de importancia comercial, alcanza un 10,8% de la superficie total de bosques de
plantación, siendo la tercera especie más plantada en Chile (INFOR, 2016). Su aplicación se
concentra principalmente en la industria de celulosa. Se caracteriza por presentar crecimientos
cercanos a 30 a 45 m3/ha/año. En determinaciones de densidades realizadas en la madera de
Eucalyptus nitens de árboles en edades entre 15 y 16 años, se ha registrado una densidad
básica promedio de 510 kg/m3 (Poblete, 2002). Sin embargo para la fabricación de pisos de
madera estas especies están limitadas debido principalmente a su densidad, considerando que
las densidades media de los de pisos de madera son los siguientes: piso laminado 938kg/m3,
piso de madera maciza 709kg/m3, pisos de ingeniería 638kg/m3. Seo et al. (2011).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
2
La densidad es una de las propiedades más importantes de la madera, ya que está
fuertemente correlacionada con otras propiedades como la resistencia mecánica, la rigidez, la
conductividad térmica y el calor específico. Su diferencia entre especies depende de
varios factores, como por ejemplo; tipos de células, diámetro de las fibras, espesor de las
paredes y contenido de extraíbles (Díaz-Vaz J. , 2003).
La densificación de la madera, permite aumentar la densidad y la dureza a través de la
compresión. Se han creado varios procesos de densificación, los cuales han sido bien descritos
por Navi y Heger (2004); Kamke et al. (2006).
Fang et al. (2010) observaron una reducción en la higroscopicidad de la madera, por efecto
del aumento de la temperatura en el proceso de densificación. Inoue et al. (2008), mencionan
que al aumentar la temperatura de densificación a 220ºC se produce una disminución de
la dureza Brinell.
Recientemente, se han desarrollado diferentes procesos de densificación de madera, de los cuales
los más utilizados han sido: Compresión Térmica Viscoelástico (VTC), Tratamiento de aceite
térmico (OHT), Tratamiento de densificación con productos químicos, Proceso de Termo-
Higromecánico (THM). Sin embargo el metodo (THM) ha logrado mejores propiedades (Navi y
Heger, 2005).
Proceso de Termo-Higromecánico (THM)
El proceso de termo-higromecánico ( Figura 1 y 2), fue desarrollado por Navi y Heger
(2000) y aplicado por Bustos et al. (2012). Consiste en un método de densificación
mediante la presión, calor y vapor. El proceso THM, además permite mejorar la estabilidad
física, mecánica y dimensional de la madera (Navi y Girardet 2000, Li et al., 2013). Figura (1 y
2).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
3
Figura 1: Diferencia entre madera sin densificar y madera densificada con el método de THM
con una compresión de 130% (Rautkari et al. 2011).
(a) (b)
Figura 2: Diferencia que existe entre madera sin densificar y madera densificada a
nivel microescala (Kamke, 2006), (a) Pared celular sin tratamiento de densificación; (b)
Pared celular con tratamiento de densificación.
Bustos et al. (2012), concluyen que los módulos de elasticidad y dureza Brinell de la pared
celular de maderas densificadas, fueron alrededor de dos veces más altos que el control. Por
otro lado, Cloutier et al. (2008) relacionan el aumento de la temperatura con el cambio de
color de la madera; a mayor temperatura de densificación, más oscura se torna la madera.
Este fenómeno se atribuye, a la reacción de polimerización de los componentes químicos de
la madera, en especial la lignina durante el tratamiento (Mayer y Koch 2007, Kutnar et al.
2009).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
4
Fang et al. (2012), utilizan el método de densificación THM, para la fabricación de un piso
de madera con una de madera densificada, logrando un material compuesto con altas
propiedades físicas y mecánicas.
Entre las propiedades de mayor importancia para la fabricación de piso están: la densidad y la
dureza, sin subestimar otros aspectos como la estética. Según, la Norma Chilena NCh 356
Of.62 para la fabricación de Parquet, la madera deberá ser sana y estar libre de defectos tales
como gusaneras, albura, fibras sueltas, nudos sueltos, quemaduras, grietas y
putrefacción, considerando estos aspectos para cualquier tipo de piso. Además, establece
que la humedad media de las palmetas, deberá estar comprendida entre el 8% y el 12%. La
determinación de la humedad se debe hacer de acuerdo a la NCh 176/1. Of 2003.
En la fabricación de un material compuesto como pisos de madera, se debe considerar otro
aspecto importante, el cual está relacionado con la anisotropía del material. Así, el diseño del
piso se convierte en un tema fundamental para su elaboración. Los compuestos laminados
están formados por madera y otros materiales, y su diseño consiste en sobreponer una
lámina sobre otra con una determinada orientación de fibra (Gutiérrez, 2007).
Existen varias teorías para el análisis de laminados. Dentro de estos modelos se encuentran la
teoría clásica de laminación o CLT – Classical Laminated Theory.
La teoría CLT, permite conocer cómo se comporta cada lámina que compone el piso. En
general se considera que cada lámina actúa como una capa individual al análisis y asume
una interacción perfecta entre láminas (adhesión perfecta), condición que permite la
transmisión continua de esfuerzos y deformaciones entre las capas del laminado (Gutiérrez,
2007). Considerando que el piso laminado debe tener adhesión perfecta entre láminas y
que las chapas serán densificadas, Kutnar et al. (2007), demostraron que la ubicación del
adhesivo en la interfase, cambia con el grado de densificación (figura 3). Además, observó
que en la madera de control, el adhesivo penetra en los lúmenes, en cambio en la madera con
tratamiento de densificación, penetra en los lúmenes de las fibras y también en los lúmenes
de los radios. Según Kutnar et al. (2007), esto se debe principalmente a que la porosidad de
la madera cambia producto de la densificación y el flujo del adhesivo sigue la dirección
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
5
menos resistente.
Figura 3: Vista microscópica de la penetración del adhesivo PF en madera densificada
(Kutnar et al. 2007).
Para comprender y predecir el comportamiento de la adhesión y la región de la interfase
madera-adhesivo–madera, se requiere del conocimiento de las interacciones que
ocurren a nivel de nanoescala a través del método de la nanoindentación. La
nanoindentación es una herramienta que permite evaluar el comportamiento mecánico de las
células de la madera a escala micrométrica. Wang et al. (2013) definen esta técnica como una
técnica de análisis no destructivo que proporciona valores de propiedades mecánicas de la
madera con mucha exactitud.
Nanoindentaciones realizadas en la interfase, han demostrado que el módulo de elasticidad
del adhesivo acetato de polivinilo (PVA) es menor al módulo de las paredes celulares de la
madera, mientras que la dureza del adhesivo es ligeramente superior en comparación
con las paredes celulares (Konnerth y Gindl, 2006).
Fang et al. (2012), con el fin de obtener información más detallada sobre las propiedades
de la madera ya densificada, realizaron Nanoindentaciones de las muestras de madera,
permitiendo obtener dureza y módulo de elasticidad de la estructura celular con mayor
precisión.
Los datos de la curva carga-desplazamiento (figura 4) de los ensayos de nanoindetación se
utilizan para calcular la dureza y modulo de elasticidad de la muestra.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
6
Figura 4: Curvas de carga-desplazamiento típicos de nanoindentación en las paredes celulares de las fibras densificadas y no densificadas (Bustos et al., 2012).
Por otro lado, a escala macrométrica, la dureza es una de las propiedades más importantes en
la madera destinada a la fabricación de parquet o pisos de madera (Lutz 1977, Niemz y Stübi
2000); la dureza tiene directa relación con la resistencia al rayado, el uso diario y la abrasión.
En Europa, el método de determinación de dureza más utilizado para pisos es la prueba
Brinell.
Las pruebas de Dureza Brinell se iniciaron en Suecia en el año 1900 por el Dr. J.A. Brinell. La
prueba se usa principalmente para materiales metálicos y normalmente se aplican fuerzas
entre 5000 y 30000 N con bolas de diámetro entre 5 y 10 mm. Para materiales más blandos
como la madera se usan fuerzas más pequenas que llega hasta 1000 N con una bola de 10 mm
de diámetro, El procedimiento se encuentra planteado en la norma EN 1534.
La dureza Brinell en chapas densificadas según Fang et al. (2012) fue de aproximadamente el
doble a la del control. Un cambio significativo en la dureza debido a la densificación también
se ha informado de diferentes procesos de densificación (Inoue et al. 1996;. Kamke 2006;
Navi y Heger 2005). Este alto aumento de la dureza puede ser debido al cierre de los lúmenes
de los vasos y de fibra luego del tratamiento de densificación.
Es conocido que el tratamiento térmico de la madera mejora su estabilidad dimensional, su
resistencia al deterioro biológico, y contribuye al cambio de color uniforme a tonos de color
marrón oscuro (Kollmann et al 1975;. Hill, 2006). A mayor temperatura en el tratamiento
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
7
térmico mayores efectos de estabilización dimensional Según Zivkovic et al. (2008). El
tratamiento térmico de la madera se ha conocido por mucho tiempo como un método eficaz
para modificar las propiedades de la madera (Kollman y Fengel 1965). A veces se utiliza para
cambiar las propiedades estéticas de la madera. Un termo-tratamiento siempre resulta en
oscurecimiento de la madera, que a menudo se atribuye a la formación de productos de
degradación de color de hemicelulosas y compuestos extractivos (Sundqvist y Morén 2002).
Los pisos de madera suelen estar protegidos por revestimientos transparentes, que idealmente
podrían ayudar para conservar la apariencia natural de la madera. Estos recubrimientos son
sensibles a la radiación UV; la luz ultravioleta (UV) puede penetrar a través de los pisos para
iniciar reacciones fotoquímicas en el sustrato de madera subyacente, dando lugar a la
decoloración. Pandey (2005) informó que los cambios en el color de la madera durante la
irradiación de luz se correlacionaron con la descomposición de lignina. Entre los
recubrimientos ensayados, la más alta resistencia a la luz durante la exposición de
envejecimiento acelerado fue registrada para barniz de poliuretano.
Miklecic et al. (2011), señalan que para seleccionar una madera para un piso, no solamente se
deben considerar buenas propiedades fiscas y mecánicas para tener un piso de calidad, además
es importante el acabado final del piso, al brindar una alta diversidad de productos que realzan
su belleza y le aumentan su durabilidad.
Fang et al. (2012) desarrollaron un piso de ingeniería con madera densificada con muy
buenos resultados en sus propiedades físicas y mecánicas. Esto aporta a la viabilidad técnica
de desarrollo de nuevos productos de ingeniería para la construcción y soporta la idea de
proyecto de investigar en el desarrollo de nuevos pisos de ingeniería utilizando las especies
de rápido crecimiento del país. Además, el uso de nuevas tecnologías, diseño avanzado y
modelamiento aportarán conocimiento enriquecedor para estos desarrollos.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
8
PROBLEMA-OPORTUNIDAD
Las maderas de baja densidad no pueden competir con el uso de maderas nativas y de alta
densidad en la industria de fabricación de pisos. Esto representa una desventaja en el uso de
estas especies en esta aplicación. Es por ello que el problema detectado se relaciona con las
bajas propiedades físicas y mecánicas que presentan las especies de rápido crecimiento
como el Pinus radiata y el Eucalyptus nitens, principalmente por su baja densidad y dureza.
En este escenario, el uso de la tecnología de densificación de madera por proceso THM
representa una oportunidad de desarrollo en aplicaciones de maderas de baja densidad para
la confección de pisos de ingeniería. El proceso THM es bueno porque permitirá aumentar
considerablemente la densidad y la dureza de estas especies, además de ser una técnica
libre de productos químicos y amigable con el medio ambiente.
HIPÓTESIS
Es posible desarrollar pisos de ingeniería de calidad con madera densificada, a partir de
especies de rápido crecimiento que existen en Chile, con una dureza superficial del piso
laminado superior en un 30% respecto a un piso de madera convencional, mejorando la
estabilidad dimensional y aumentando la durabilidad del producto de ingeniería a
desarrollar.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
9
OBJETIVOS
1.1 Objetivos General
Desarrollar un piso con madera densificada en base a las especies de rápido crecimiento,
Pinus radiata y Eucalyptus nitens.
1.2 Objetivos específicos
• Caracterizar las propiedades física y mecánica de la materia prima para la
fabricación de los pisos de ingeniería.
Fabricar los pisos de ingeniería con una superficie densificada.
Caracterizar las propiedades física, mecánica y nanomecánica los pisos fabricados.
• Modelar las propiedades mecánicas de los pisos de ingeniería usando la teoría
clásica de laminación.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
10
CAPITULO 1: CARACTERIZACIÓN FÍSICA Y MECÁNICA DE LA MATERIA
PRIMA PARA LA FABRICACIÓN DE PISOS DE INGENIERÍA.
Débora Pino, Mg.1, Cecilia Bustos, Ph.D.1, William Gacitúa, Ph.D.1
1 Departamento de Ingeniería en Maderas, Facultad de Ingeniería, Universidad del Bío-Bío.
E-mail: depino@alumnos.ubiobio.cl, cbustos@ubiobio.cl, wgacitua@ubiobio.cl
RESUMEN
El objetivo de este estudio fue caracterizar física y mecánicamente la materia prima que
compone el piso de ingeniería con madera densificada. Propiedades de láminas densificadas
de Pinus radiata y de Eucalyptus nitens, que corresponden a las superficies de los pisos de
ingeniería, de cada una de las especies, fueron caracterizadas. Además, las propiedades de
los tableros contrachapados y OSB (Oriented Strand Board), que fueron el sustrato base de
los pisos, fueron evaluaron. Ensayos de tracción fueron realizados para determinar el
módulo de elasticidad (E) y Razón de Poisson de las láminas, así como también ensayos
físicos para la obtención de la densidad y contenido de humedad (CH) del material. Urea
formaldehído fue utilizado como adhesivo, al que se le analizó la viscosidad y el pH. Los
valores de densidad obtenidos en chapas de madera densificada ratifican resultados de otros
estudios, con un aumento de la densidad en hasta un 90% en el caso del Pinus radiata
después del tratamiento de densificación. El contenido de humedad de las chapas
densificadas y sustratos fluctúan entre 8% y 9%, encontrándose dentro de los parámetros
establecidos para la fabricación de pisos. Los ensayos de tracción, muestran un aumento
significativo para probetas con tratamiento de densificación en Pinus radiata y en
Eucalyptus nitens, con valores de E paralelo que superan en un 220% y en 170%
respectivamente, en relación a la madera sin tratamiento de densificación. Por otro lado, la
razón de Poisson en probetas densificadas fue menor en hasta un 75% que las mismas
probetas sin tratamiento de densificar. Y finalmente los resultados de pH y viscosidad del
adhesivo urea formaldehído, se consideran apropiados para el tipo de uso que se dio al
adhesivo.
Palabras claves: Pinus radiata, Eucalyptus nitens, densificación, piso de ingeniería.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
11
CHAPTER 1: PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERIZATION OF THE
RAW MATERIAL FOR THE MANUFACTURE OF LAMINATE FLOORING.
Débora Pino, Mg.1, Cecilia Bustos, Ph.D.1,William Gacitúa, Ph.D.1
1 Department of Engineering in Maderas, Faculty of Engineering, Universidad del Bío-Bío.
E-mail: depino@alumnos.ubiobio.cl, cbustos@ubiobio.cl, wgacitua@ubiobio.cl
ABSTRACT
The objective of this study was to characterize physically and mechanically the raw
material that makes up the engineered wood floor with densified wood. The properties of
densified veneers of Pinus radiata and Eucalyptus nitens, corresponding to the surfaces of
the engineering floors of each of the species, were evaluated. The properties of the plywood
and OSB (Oriented Strand Board) that were the base substrate of the engineered wood
floors were also evaluated. Traction tests were performed to determine the modulus of
elasticity (E) and Poisson ratio of the veneers, as well as physical tests to obtain the density
and moisture content (CH) of the material. Urea formaldehyde was used as an adhesive,
which was analyzed for viscosity and pH. The density values obtained in densified wood
veneers confirm results from other studies, with a density increase of up to 90% in the case
of Pinus radiata after densification treatment. The moisture content of the densified plates
and substrates range from 8% to 9%, being within the parameters established for the
manufacture of floors. The tensile tests show a significant increase for specimens with
densification treatment in Pinus radiata and Eucalyptus nitens, with parallel E values that
exceed by 220% and 170%, respectively, the value of E in relation to wood without
Densification treatment. On the other hand, the Poisson ratio in densified specimens was
lower by up to 75% than the same specimens without densification treatment. Finally the
pH and viscosity results of the urea formaldehyde adhesive are considered appropriate for
the type of use given to the adhesive.
Key words: Pinus radiata, Eucalyptus nitens, densification, engineering floor.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
12
INTRODUCCIÓN
Los pisos de ingeniería están formados por un conjunto de capas encoladas y dispuestas
entre sí, generalmente la capa superior tiene espesores que van de 2 a 4 mm, y les otorga el
valor estético y de dureza más alto al piso de ingeniería. La capa inferior, generalmente es
de 8 mm de espesor y de menor calidad. La función de esta capa es la de proporcionar
soporte físico y mecánico para la capa superior, previniendo las deformaciones que se
puedan presentar en la superficie (Blanchet, P. 2004).
Fang et al. (2012), utilizaron como capa superior para la fabricación de un piso de
ingeniería, una chapa de madera densificada con el método de densificación termo-
higromecánico (THM), logrando un material compuesto con altas propiedades físicas y
mecánicas.
La técnica de densificación, permite aumentar la densidad y la dureza a través de la
compresión mecánica. Se han creado muchos procesos de densificación, los cuales han sido
bien descritos (Navi y Heger 2005; Kamke et al. 2006). Chávez, (2015) utilizó el método de
densificación THM para maderas de rápido crecimiento en Chile, es su estudio comprobó
un aumento de la densidad por sobre 89% en el caso del Pinus radiata y un 39% en
Eucalyptus nitens.
La dureza Brinell también tuvo un aumento favorable luego del tratamiento de
densificación, aumentando mas allá del 130% para ambas especies. Dichos resultados
favorecen el uso de este material para la construcción de piso de ingeniería.
En los pisos de madera las propiedades de mayor importancia corresponden a la densidad,
dureza y otros aspectos como la estética. Según, la Norma Chilena NCh 356 Of.62, para la
fabricación de Parquet, la madera debe estar sana y libre de defectos tales como gusaneras,
albura, fibras sueltas, nudos sueltos, quemaduras, grietas y putrefacción, considerando estos
aspectos para cualquier tipo de piso. Además, establece que la humedad media del piso,
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
13
deberá estar comprendida entre el 8% y el 12%. La determinación de la humedad se debe
hacer de acuerdo a la NCh 176/1. Of 2003.
Un componente importante de un piso de ingeniería es el sustrato o capa inferior, también
llamado centro o corazón, que proporciona el grosor deseado. Puede consistir en laminas
de madera maciza, madera compuesta (contrachapado, tableros de partículas) o algún otro
material. Además, esta capa puede contrarrestar las deformaciones de la capa superficial,
por lo tanto debe ser lo suficientemente rígida. (Blanchet, 2004).
Como sustrato, es común encontrar contrachapado en un piso de ingeniería, debido a sus
propiedades mecánicas que lo hacen ser un material rígido y de buena estabilidad
dimensional.
Este tablero es obtenido por el encolado de chapas de madera que forman ángulo recto, las
chapas o capas suelen disponerse en número impar para conseguir una sección simétrica, el
contrachapado es un material ideal para usos estructurales debido a su ligereza y elevada
resistencia, la densidad varía entre 400 y 700 kg/m3 aunque hay excepciones en ambos
extremos dependiendo de la especie, el contenido de humedad se encuentra entre 10 ± 2% ,
con respecto a la estabilidad dimensional es un producto muy estable porque se
contrarrestan los movimientos de cada capa por el cambio de sentido de la fibra.
Para el OSB en cambio, existen muy pocos antecedentes de uso como sustrato de piso,
siendo principalmente utilizado como recubrimiento. El tablero OSB es un producto
elaborado a partir de virutas de madera, las cuales son unidas mediante un adhesivo.
Las virutas que conforman el tablero van dispuestas en capas perfectamente diferenciadas y
orientadas: las capas exteriores son orientadas generalmente en dirección longitudinal
mientras que las virutas de las capas internas son orientadas en dirección perpendicular a la
longitud del tablero para posteriormente ser prensadas. La densidad típica del tablero se
sitúa entre 600 y 680 kg/m3 (EN 13986).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
14
Para predecir el comportamiento mecánico en servicio de los pisos de ingeniería, es
necesario conocer las constantes elásticas de los materiales que lo componen, tales como el
modulo de elasticidad ( E ) y la razón de Poisson. Variables de entrada fundamentales para
predecir el comportamiento mecánico que tendrá el compuesto o laminado a través de la
teoría clásica de laminación.
La elección del adhesivo, es relevante en la calidad del piso. Cuando se fabrican pisos con
una capa superficial (> 3 mm), los pisos están destinados para uso a largo plazo, es decir,
75 años por lo tanto es importante saber si el adhesivo seleccionado es capaz de someterse
a la fatiga causada por la expansión de la capa superficial y de las tensiones que causan
estas expansiones en el tiempo, Blanchet et al. (2003).
El objetivo de este estudio fue caracterizar física y mecánicamente las materias primas para
la fabricación de pisos de ingeniería.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
15
MATERIALES Y MÉTODOS
Materia Prima
Láminas densificadas Proceso termo-higromecánico (THM)
Las láminas densificadas fueron fabricadas gracias a un estudio previo de los autores
Chávez, 2015; el cual está vinculado al proyecto FONDEF IDEA CA13i10310 denominado
“Densificación y nanocaracterización de maderas de rápido crecimiento para productos de
ingeniería de alto valor”, para lo cual se utilizaron las especies de rápido crecimiento,
Pinus radiata y Eucalyptus nitens.
El proceso de densificación se llevó a cabo en una prensa especialmente acondicionada,
ubicada en laboratorios del Centre de recherche sur les matériaux renouvelables (CRMR)
de la Université Laval en Canadá.
Las láminas de Pinus radiata para la fabricación del piso, fueron densificadas a 180°C de
temperatura de prensado, 9000 kPa presión mecánica, 550 kPa de presión de vapor y 7
minutos de compresión. En Eucalyptus nitens, las láminas fueron densificadas a 160°C
temperatura de prensado, 7000 kPa presión mecánica, 350 kPa de presión de vapor y 31
minutos de compresión.
Sustratos
Para la fabricación del piso, se utilizaron dos tipos de sustratos; contrachapado y OSB
comerciales. El contrachapado fue un tablero estructural de 3 chapas y de 9,5 mm de
espesor y el OSB es tablero estructural de 9,5 mm de espesor.
Adhesivo
El adhesivo utilizado para la fabricación del piso fue Urea Formaldehido, Ademix 2150,
con un 1% catalizador E-36, proporcionado por la empresa Oxiquim S.A.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
16
Métodos
1. Densidad y Contenido de Humedad
La densidad de referencia y el contenido de humedad de las chapas densificadas y de los
sustratos se determinaron en base a las normas chilenas NCh 176/2 of 2003 y NCh 176/1
of 2003, con probetas de 3.5mm x 50mm x 50mm. Se evaluaron 15 probetas para cada una
de las láminas y 15 probetas para cada uno de los sustratos.
Para la determinación de la densidad de referencia se utilizó la siguiente expresión:
𝜌𝑎
=𝑚𝑎
𝑉𝑎 (kg/m³) (1)
Donde, 𝑚𝑎= masa, en kilogramos de la probeta al contenido de humedad CH;
𝑉𝑎= volumen, en metros cúbicos de la probeta al contenido de humedad CH.
Para la determinación de Humedad (CH) se utilizó la siguiente expresión:
𝐶𝐻 =𝑚1 – 𝑚2
𝑚2 𝑥 100 (%) (2)
Donde, m1= masa en gramos, de la probeta antes del secado; m2= es la masa, en gramos, de
la probeta después del secado.
2. Ensayos de Tracción
1.2 Fabricación de probetas
Probetas tipo “hueso de perro” tipo I y V (figura 1), fueron preparadas para ensayos a
sustratos (contrachapado y OSB) adoptando la norma de fabricación y ensayo “ASTM 638:
“Método de prueba estándar para las propiedades en tracción de plásticos”, por la
conveniencia que presenta la geometría de la probeta. En el caso de chapas de madera
densificada se utilizó la probeta descrita en la norma tipo V (figura 2), debido a las
dimensiones del material densificado.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
17
Figura 1: Dimensiones probeta tipo I “hueso de perro” para sustratos.
Figura 2: Dimensiones probeta tipo V “hueso de perro” madera densificada.
Los ensayos mecánicos de tracción de chapas, se realizaron en una máquina de ensayo
universal marca Zwick Roell de 20 kN, ubicada en dependencias del Centro de
Biomateriales y Nanotecnología de la Universidad del Bío-Bío.
Un total de 15 probetas fueron preparadas para cada sustrato, para chapas densificadas y
chapas sin densificar. En las probetas de sustratos y chapas sin densificar se utilizó una
velocidad de ensayo de 5 mm/min, según el tipo de probeta Tipo I. Para los ensayos de
tracción en probetas de chapas densificadas, la velocidad de ensayo fue de 1 mm/min.
El sistema de mordazas utilizado aplicó una correcta sujeción de las probetas,
disminuyendo considerablemente el movimiento de éstas en el ensayo (figura 3).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
18
Figura 3: Ensayo de tracción de probetas (Software TestXpert II V3.1).
2.2. Determinación de la razón de Poisson
El coeficiente o razón de Poisson se obtiene a partir del ensayo de tracción usando
extensometría por visión, gracias al software Video x Tens versión 5.28 y a una cámara que
se encuentra incorporada en la máquina de ensayo (Figura 4).
Antes de realizar el ensayo, se adhieren unas marcas adhesivas en las probetas a ensayar
con una inclinación de 5º (figura 5) estas marcas son visualizadas por la cámara y
posteriormente, al realizar el ensayo de tracción, son leídas por el software que finalmente
registra la relación negativa de deformación transversal respecto a la deformación
longitudinal, que corresponde al coeficiente de Poisson.
Figura 4: Imágenes obtenidas a través del software Video x Tens versión 5.28
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
19
Figura 5: Probeta hueso de perro con marcadores en tiras adhesivas dispuestas con ángulo de 5°
3. Ensayos de Viscosidad y pH en adhesivo Urea Formaldehído
En este estudio se utilizó adhesivo Urea- Formaldehido (UF); el cual fue proporcionada por
Oxiquim S.A. como base lista para usar. Antes de ser aplicado en los pisos de ingeniería se
midió la Viscosidad y pH en la mezcla adhesiva para conocer su estado.
3.1 Ensayo de Viscosidad
Los ensayos de viscosidad se realizaron en el laboratorio de adhesivos y materiales
compuestos de la Universidad del Bío-Bío, según la norma ASTM 907-96 (método B),
utilizando un viscosímetro Brookfield, modelo LVF, un vaso precipitado de 500 ml
formato alto, Termómetro de 0 a 100 ºC, precisión 1 ºC. Se realizaron un total de 15
mediciones para la determinación de viscosidad.
3.2 Ensayo de pH
Los ensayos de pH al igual que el de viscosidad, se realizaron en el laboratorio de
adhesivos y materiales compuestos. Para determinar pH, se utilizó pH-metro digital
provisto de electrodo combinado, marca Hanna. Se realizaron 15 mediciones para
determinar pH.
Análisis estadístico
El análisis estadístico para todos los ensayos fue realizado con ayuda del software
Statgraphics Centurion XVI. Se ignoraron puntos atípicos con el grafico caja y bigote y a
través de la tabla ANOVA y de la prueba de multiples rangos se determinó si hay
diferencias significativas entre las medias .
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
20
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. Densidad y contenido de Humedad
En la tabla 1 se presentan los resultados de densidad de referencia y de contenido de
humedad obtenido en chapas densificadas y en sutratos utilizados en la fabricación de los
pisos de ingenieria, además de los valores de densidad para el Pinus radiata y Eucalyptus
nitens sin tratamiento de densificación.
La densidad promedio de referenica para Eucalyptus nitens con tratamiento de
densificación fue de 913 kg/m3, mientras que en el Pinus radiata con tratamiento de
densificación fue de 951 kg/m3. En los sustratos la media enOSB fue 679 kg/m3 y para el
contrachapado 515 kg/m3.
La densidades de referencia en chapas densificadas de Pinus radiata y Eucalyptus nitens
aumentaron en un 90% y 50% respectivamente su valor, en relacion a los valores de
densidad de referencia de las maderas sin tratamiento de densificacion. Con este resultado
se ratifica lo expuesto por Chávez (2015), demostrando un aumento de la densidad de 97%
en Pinus radiata con respecto a la misma madera sin tratamiento de densificación.
Tabla 1: Densidades de referencia y contenido de humedad para chapas densificadas y
sustratos del piso.
n: Número de muestras; SD: Desviación estándar.
Parámetros
estadísticos
Densidades (kg/m3) CH (%)
Eucalyptus
nitens sin
tratamiento
Eucalyptus
nitens
densificado
Pinus
radiata sin
tratamiento
Pinus
radiata
densificado
OSB Contrachapado
Eucalyptus
nitens
densificado
Pinus
radiata
densificado
OSB Contrachapado
Media (%) 606 913 502 951 679 515 8 8 8 9
n 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15
SD (%) 23,9 21,4 16,6 19,3 20,8 17,8 0,3 0,5 0,3 0,5
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
21
El valor de CH en ambas especies densificadas correspondió a un 8%. Del mismo modo
para los sustratos, se obtuvo un 8% en OSB y 9% en contrachapado. Los resultados
obtenidos en la determinación del contenido de humedad demuestran que los valores CH se
encuentran dentro de los rangos utilizados para la fabricación de un parquet, que fluctúa
entre 8 y 12%, según lo establece la norma NCh 356.
2. Ensayos de tracción
Tracción paralela en sustratos, en chapas de madera densificadas y sin tratamiento de
densificación.
Los resultados expuestos en la figura 6.a y 6.b corresponden al valor de E en tracción
paralela en sustratos y en chapas de Pinus radiata y Eucalyptus nitens con y sin tratamiento
de densificación, respectivamente.
(a)
0
5
10
15
20
25
OSB Contrachapado
E (
MP
a)
Sustratos
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
22
(b)
Figura 6: Tracción Paralela E (GPa): (a) Sustratos ; (b) Chapas densificadas y chapas sin
densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto la media.
Los resultados de E en tracción paralela en OSB y contrachapado fueron 5,0 GPa y 8,5 GPa
respectivamente (figura 6.a). El ANOVA mostró una diferencia estadísticamente
significativa entre las medias de E de ambos sustratos con un nivel de 95% de confianza.
Esto se podría explicar por la composición que tienen estos tableros. Existe una mayor
resistencia a la tracción en el caso del contrachapado, debido a que están compuestos de
láminas de madera pegadas entre ellas, ordenadas una sobre otra, con las fibras cruzadas
perpendicularmente. Esto confiere a al tablero buenos valores de rigidez, resistencia
mecánica y estabilidad dimensional, Maloney (1996). Sin embargo, en los tableros de OSB
ocurre el efecto contrario debido a su estructura, dado que estos están diseñados con fibra
corta y orientadas de forma irregular, por lo cual se podría explicar el menor valor de
resistencia a la tracción.
En tracción paralela (figura 6.b) de madera densificada de Pinus radiata y Eucalyptus
nitens, los E arrojaron resultados de 21,2 y 18,7 GPa respectivamente. El ANOVA
evidenció que existe una diferencias estadísticamente significativas entre las medias de las
0
5
10
15
20
25
Pinus radiata Eucalyptus nitens
E (
GP
a)
Chapas Densificadas
con tratamiento
sin tratamiento
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
23
dos especies densificadas, con un nivel del 95% de confianza, siendo mayor en el caso de
Pinus radiata.
Los valores de E en tracción sin tratamiento de densificación tanto en Pinus radiata como
Eucalyptus nitens, alcanzaron valores entre 6,5 y 6,9 GPa. En consecuencia, hubo un
aumento de E de 220% en Pinus radiata luego del tratamiento de densificación y de un
170% en el Eucalyptus nitens con tratamiento de densificación. Este comportamiento ya
había sido observado por Fang et al. (2011) en un estudio realizado con madera densificada,
donde también el aumento del E fue superior al 100%. El valor del E en las especies
densificadas con THM, favorece el aumento de rigidez en el material, debido a la
degradación de la hemicelulosa, produciendo una alteración en la matriz de lignina-
hemicelulosa, y un aumento en la cantidad relativa de celulosa cristalina. Boonstra et al.
(2007).
2.2 Tracción perpendicular en sustratos, en chapas de madera densificada y chapas sin
densificar.
Los resultados de tracción perpendicular en sustratos y chapas de madera con y sin
tratamiento de densificación se muestran en la figura 8a y 8b.
(a)
0
5
10
15
20
25
OSB Contrachapado
E (
MP
a)
Sustratos
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
24
(b)
Figura 7: Tracción perpendicular E (GPa): (a) Sustratos; (b) Chapas densificadas y chapas
sin densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto la media.
Los resultados de tracción perpendicular en sustratos y en chapas densificadas y sin
densificar, fueron en general menores a los resultados obtenidos en tracción paralela. En el
caso de tracción en sustratos, este valor fue aproximadamente un 40% menor que el
medido en la dirección paralela. Esto se podría explicar por la orientación de la fibra que
tiene la madera que la hace ser más resistente en la dirección paralela. Diaz -Vaz (2003).
El comportamiento de tracción perpendicular de los sustratos (figura 7.a), sigue la misma
tendencia que en el caso de tracción paralela. En el OSB, el valor E fue de 2,6 GPa, y en el
contrachapado de 4,3 GPa. Según el ANOVA, existe una diferencia significativa entre las
medias de las dos variables con un nivel del 95% de confianza.
Para las especies densificadas, el E perpendicular (figura 7.b) según el ANOVA, existe una
diferencia estadísticamente significativa entre las medias de las dos especies con un nivel
del 95% de confianza, siendo mayor en la madera de Pinus radiata.
0
5
10
15
20
25
Pinus radiata Eucalyptus nitens
E (
GP
a)
Chapas Densificadas
con tratamiento
sin tratamiento
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
25
2.3 Razón de Poisson (ν) paralela en sustratos, en chapas de madera densificada y
chapas sin densificar.
Los resultados de la razón de Poisson paralela en sustratos y chapas de madera con y sin
tratamiento de densificación se muestran en la figura 8a y 8b.
(a)
(b)
Figura 8: Razón de Poisson paralela (ν): (a) Sustratos ; (b) Chapas densificadas y Chapas
sin densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con respecto la media.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
OSB Contrachapado
Ra
zón
de
Po
isso
n (ν
)
Sustrato
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Pinus radiata Eucalyptus nitens
Ra
zón
de
Po
isso
n (ν
)
Chapa Densificada
con tratamiento
sin tratamiento
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
26
De acuerdo a la (figura 8.a), se observa que la razón de Poisson fue mayor en promedio
para contrachapado 0.3 que para el OSB 0.21. Estadísticamente existe una diferencia
significativa entre ambos sustratos y se puede explicar de la misma forma que en el
comportamiento del valor E; la composición de los tableros contrachapados, lo hacen ser un
material de propiedades mecánicas más elevadas. Según Thomas (2003), la razón de
Poisson de OSB varía entre 0.16 a 0.26, por lo que los valores aquí obtenidos están dentro
de ese rango.
Los resultados de la razón de Poisson de madera densificada muestran diferencias
significativas con un nivel de 95% de confianza, entre las medias de las dos variables; con
y sin tramiento de densificacion. En la (figura 8.b) se aprecia diferencia que existe entre el
Pinus radiata 0.27 y el Eucalyptus nitens 0.18. Esto se podría explicar debido a la
diferencia de densidades y rigidez axial que existe en estos materiales.
Fuentealba (2001), a través de su estudio determinó un coeficiente de Poisson para Pinus
radiata sin densificar de 0.37; por otra parte Gibson y Ashby (1997) determinaron un
coeficiente de Poisson para Eucalyptus nitens sin densificar de 0.35; sin embargo con el
tratamiento de densificación los valores de Poisson de Pinus radiata y Eucalyptus nitens
disminuyen; Li et al. (2013) determinó el coeficiente de Poisson para una especie
densificada con THM, los cuales fueron hasta 75% inferior al valor de Poisson de la misma
especie sin densificar. La mayor compresión en la madera, durante la densificación, fue
relacionada con una menor expansion transversal.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
27
2.4 Razón de Poisson perpendicular en sustratos, en chapas de madera densificada y
chapas de madera sin densificar
Los resultados de la razón de Poisson perpendicular en sustratos y chapas de madera con y
sin tratamiento de densificación se muestran en la figura 9a y 9b.
(a)
(b)
Figura 9: Razón de Poisson perpendicular: (a) Sustratos ; (b) Chapas densificadas y
Chapas sin densificar. Las barras de error representan la desviación estándar con
respecto la media.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
OSB Contrachapado
Ra
zón
de
Po
isso
n (ν)
TIpo de Sustrato
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Pinus radiata Eucalyptus nitens
Ra
zón
de
Po
isso
n (ν
)
Chapa Densificada
con tratamiento
sin tratamiento
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
28
La razón de Poisson medida perpendicularmente en los sustratos fue de 0.17 para el OSB y
0.38 para el contrachapado. El ANOVA indica que existe una diferencia significativa con
un nivel del 95% de confianza entre las medias de los sustratos. En las especies de madera
densificada, tambien existe una diferencia significativa con un 95% de confianza, el valor
del Pinus radiata fue de 0.23 y del Eucalyptus nitens 0.13. Luego de los resultados se
logra apreciar que la razón Poisson perpendicular para ambos sustratos, fue de forma
general, menores a los resultados de la razón de Poisson paralela. Esto se puede deber a la
disminución que existe de las propiedades mecánicas en sentido perpendicular a la fibra
(menor rigidez).
3. Viscosidad y pH de adhesivo
Los resultados de viscosidad y pH medidos en el adhesivo urea formaldehido, se muestran
en la tabla 2.
Tabla 2: Resultados de Viscosidad y pH de adhesivo urea formaldehído.
SD: Desviación estándar; CV: Coeficiente de Variación
En la tabla 2 se observa la viscosidad que presentó el adhesivo en el momento de la unión
de las piezas. Según Gupta y Sehgal (1979), viscosidades muy altas harán difícil esparcir el
adhesivo y viscosidades bajas harán que éste escurra fuera del plano o línea de cola. Pizzi
(1983), menciona que la viscosidad de la mezcla adhesiva es un factor que se debe
controlar cuidadosamente dentro del proceso de encolado para mantenerla dentro de un
rango satisfactorio.
El adhesivo utilizado tuvo un pH básico (8,1), según la escala de pH. Akpabio (2012), a
través de un estudio del comportamiento del pH en el adhesivo, demostró que la urea
formaldehído se puede usar con un pH entre 5 y 8. Los resultados experimentales muestran
que tales preparaciones tienen una alta resistencia adhesiva y moderada viscosidad, lo
Parámetros estadísticos Viscosidad ( cP) pH
Media 7,281 8.1
SD 301 0.01
CV 0.04 0.002
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
29
suficiente para que se extienda sobre la superficie de los adherentes y en un corto período
de tiempo para unir el adhesivo fuertemente.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
30
CONCLUSIONES
La densidad de referencia en madera de Pinus radiata densificada aumenta un 90% en
relación a la misma madera sin tratamiento de densificación.
El contenido de humedad de la materia prima para la fabricación de pisos, se encuentra
dentro de los parámetros establecidos por la norma de parquet.
Los resultados de tracción en general, alcanzan mayores propiedades en el sentido paralelo
a la fibra que en el sentido perpendicular, con valores de tracción paralela en especies de
madera densificada de 21,2 GPa para Pinus radiata y 18,7 GPa para Eucalyptus nitens. En
sustratos se obtuvo 5,0 GPa para el OSB y 8,5 GPa para el contrachapado.
Se observa además que la rigidez de las chapas densificadas superan en hasta 220 % a las
mismas chapas sin tratamiento de densificación. Sin embargo, lo contrario ocurre con la
razón de Poisson donde existe una disminución de hasta un 75% luego del tratamiento de
densificación.
El adhesivo urea formaldehído presento condiciones favorables de pH y de viscosidad para
su uso como un adhesivo de calidad en un proceso de laminación.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
31
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este documento agradecen al Proyecto Fondef IDEA CA 13i10310 por
proveer el equipamiento y material prima para desarrollar la investigación, a, la empresa
Oxiquim S.A. por suministrar el adhesivo, al Centro de Biomateriales y Nanotecnología,
Laboratorio de Adhesivos y Materiales Compuestos, y al Pabellón de Tecnología de la
Madera de la Universidad del Bío-Bío por proveer equipamiento e instalaciones para
desarrollar la investigación.
BIBLIOGRAFÍA
AKPABIO. 2012. Effect of pH on the Properties of Urea Formaldehyde Adhesives Article
history. International Journal of Modern Chemistry, 2012, 2(1): 15-19.
BLANCHET, P. 2004. Caractérisation du comportement des lames de plancher
d’ingénierie, thèse de Doctorat, Département de Foresterie et de Géomatique, Université
Laval, Québec, Canada, 129 p
BLANCHET, P.; M. LEFEBVRE. 2003. Comparative study of four adhesives used as
binder in engineered wood parquet flooring. Forest Prod. J. 53(1):89-93.
BOONSTRA, M.; VAN ACKER, J.; TJEERDSMA,B.; KEGEL, E. 2007. Strength
properties of thermally modified sofwoods and its relation to polymeric structural Wood
constituents, Ann. For. Sci. 64(7), 679-690.
CHÁVEZ, R. 2015. Caracterización de maderas de rápido crecimiento: Pinus radiata y
Eucalyptus nitens densificadas con un proceso termo-higro-mecánico. Tesis Magister,
Universidad del Bío-Bío, Chile,
EN 13986 : 2004. Wood-based panels for use in construction – Characteristics, evaluation
of conformity and marking. European Standard. CEN 2004.
FANG C.; CLOUTIER A.; BLANCHET P.; KOUBAA A.; MARIOTTI N. 2011.
Densification of wood veneers combined with oil-heat treatment. Part1: Dimensional
stability. Bioresources 6(1), 373-385.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
32
FANG, C.-H.; CLOUTIER, A.; BLANCHET, P. 2012. Engineered wood flooring with a
densified surface layer for heavy-duty use. BioResources, vol. 7, No. 4, pp 5843 a 5854.
FUENTEALBA, V. 2001. Determinación de las constantes elásticas en Pinus radiata d.
don por ultrasonido: módulos de elasticidad, módulos de rigidez y razón de Poisson,
scientific electronic library online - chile. Recuperada en noviembre 20, 2012 tesis
doctoral.
GIBSON, L.; ASHBY, M. 1997. Cellular solids, structure and properties. In Cambridge
University Press 2nd edn. Cambridge, UK:Cambridge University Press.
GUPTA, R. C.; V. SEHGAL. 1979. Effect of viscosity and molecular weigth of
ligninphenol-formaldehyde resin on the glue adhesion of plywood.Holzfors chungund Holz
verwertung 31 (1): 7 – 9.
INFOR 2016. Disponible en < http://wef.infor.cl/sector_forestal/sectorforestal.php>
[consultado el marzo del 2017]
KAMKE, F. A. 2006. "Densificación de Pinus radiata para compuestos estructurales"
Maderas Ciencia y tecnología 8(2), 83-92.
LI, L., GONG, M., YUAN, N., & LI, D. (2013). An optimal thermo-hydro-mechanical
densification (THM) process for densifying balsam fir wood. BioResources, 8(3), 3967-
3981.
MALONEY, T. M. 1996. The family of wood composite materials. Forest Products
Journal. 10(2):19-26.
NAVI, P.; Y HEGER, F. 2005. Comportement thermo-hygromécanique du bois. Presses
Polytechniques et Universitaires Romandes, Suisse-Lausanne., ISBN 2-88074-620-5.
NCH176/1.2003. Maderas. Determinación de la humedad. Instituto de Normalización
Nacional, Santiago
NCH176/2.2003. Maderas. Determinación de la densidad. Instituto de Normalización
Nacional, Santiago.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
33
NCH 356 OF.62. Maderas. Parquet. Instituto de Normalización Nacional, Santiago.
PIZZI, A. 1983. Wood Adhesives and technology. New York, Marcel Dekker Inc. 364 p.
THOMAS, W. H. (2003). Poisson’s ratios of an oriented strand board. Wood science and
technology, 37(3-4), 259-268.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
34
CAPITULO 2: FABRICACIÓN Y DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES
FÍSICAS, MECÁNICAS Y NANOMECÁNICAS DE LOS PISOS DE
INGENIERÍA.
Débora Pino, Mg.1, Cecilia Bustos, Ph.D.1, William Gacitúa, Ph.D.1
1 Departamento de Ingeniería en Maderas, Facultad de Ingeniería, Universidad del Bío-Bío.
E-mail: depino@alumnos.ubiobio.cl, cbustos@ubiobio.cl, wgacitua@ubiobio.cl
RESUMEN
El proceso de fabricación de un piso de madera, junto con sus propiedades, son de suma
importancia para obtener un piso de calidad. El objetivo de este estudio consistió en la
fabricación y determinación de las propiedades físicas, mecánicas y nanomecánicas de los
pisos de ingeniería con y sin aplicación de barniz, realizados con una superficie de la
madera densificada de Pinus radiata y Eucalyptus nitens, con sustratos de hojuelas
orientadas (OSB) y contrachapado. En este capítulo se definió el proceso de fabricación de
los pisos de ingeniería y se realizaron ensayos de: nanoindetaciones, microscopia
electrónica de barrido (SEM) en las interfaces, tracción de un compuesto, dureza Brinell,
estabilidad dimensional, envejecimiento acelerado y color. En general los resultados
mostraron que las propiedades aumentaron en los pisos con madera densificada con
respecto a muestras control, sin densificar. Como es el caso del modulo de elasticidad E
paralelo medido a través de tracción que presentó un aumento de hasta 122% en pisos de
Pinus radiata densificado con sustrato contrachapado. La dureza Brinell también tuvo un
importante aumento de un 208% en pisos de Pinus radiata densificados con aplicación de
barniz y un 175%, en Eucalyptus nitens densificada con aplicación de barniz. De igual
forma en el ensayo de envejecimiento acelerado el presentó mejor comportamiento en
probetas de Pinus radiata y Eucalyptus nitens con tratamiento de densificación y con
aplicación de barniz. Finalmente, la estabilidad dimensional evidenció una disminución de
la adsorción de humedad en pisos de madera densificada, sin embargo esta diferencia no
fue significativa.
Palabras claves: Densificación, Adsorción de humedad, envejecimiento acelerado.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
35
• CHAPTER 2: MANUFACTURE AND DETERMINATION OF THE PHYSICAL,
MECHANICAL AND NANOMECANICAL PROPERTIES OF LAMINATED FLOORS.
Débora Pino, Mg.1, Cecilia Bustos, Ph.D.1, William Gacitúa, Ph.D.1
1 Department of Engineering in Maderas, Faculty of Engineering, Universidad del Bío-Bío.
E-mail: depino@alumnos.ubiobio.cl, cbustos@ubiobio.cl, wgacitua@ubiobio.cl
ABSTRACT
The process of manufacturing a wooden floor along with its properties are of paramount
importance to obtain a quality floor. The objective of this study was the manufacture and
determination of physical, mechanical and nanomechanical properties of engineering floors
with and without varnish applied to a densified wood surface of Pinus radiata and
Eucalyptus nitens, with oriented strand board substrates (OSB) and plywood. In this
chapter the manufacturing process of the engineering floors was defined and tests were
performed:, nanoindentation, scanning electron microscopy (SEM) in the interfaces,
traction of a compound, Brinell hardness, dimensional stability, accelerated aging and
color. In general the results showed that the properties increased in the densified wood
floors with respect to control samples, without densifying. As is the case of the parallel E
modulus of elasticity measured through traction which showed an increase of up to 122%
in floors of densified Pinus radiata with plywood substrate. The Brinell hardness also had a
significant increase of 208% in densified Pinus radiata floors with application of varnish
and 175% in Eucalyptus nitens densified with application of varnish. Likewise, in the
accelerated aging test, it showed better performance in specimens of Pinus radiata and
Eucalyptus nitens with densification treatment and with application of varnish. Finally, the
dimensional stability evidenced a decrease in moisture adsorption on densified wood floors.
However, this difference was not significant.
Keywords: Densification, Adsorption of moisture, accelerated aging.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
36
INTRODUCCIÓN
Los pisos de ingeniería con madera densificada corresponde a un producto compuesto por
laminas de madera encoladas entre sí, donde la capa superficial corresponde a una madera
densificada. La densificación consiste en la compresión de la madera y se lleva a cabo a
través de diversos métodos tales como; Compresión Térmica Viscoelástico (VTC),
Tratamiento de aceite térmico (OHT), Tratamiento de densificación con productos químicos,
Proceso de Termo- Higromecánico (THM). Sin embargo el metodo (THM) ha logrado
mejores propiedades (Navi y Heger, 2000). Algunos investigadores han llevado a cabo
estudios en pisos de ingeniería con madera densificada a través de un proceso de tipo
Termo-higromecánico, Fang et al. (2012).
Considerando la importancia que tienen especies como Pinus radiata y Eucalyptus nitens
en nuestro país, y gracias a la utilización de técnicas para el desarrollo de nuevos productos
con características superiores, los pisos de madera con una superficie densificada se
convierten en una oportunidad de desarrollo. Entre las propiedades de mayor importancia
para la fabricación de piso están: la densidad y dureza, sin subestimar otros aspectos como
la estética (Norma Chilena NCh 356 Of. 62). Hoy en día, además, y gracias a las
tecnologías existentes, es posible evaluar las propiedades a nanoescala de estos nuevos
productos de ingeniería con mayor exactitud.
La unión de las laminas que componen los pisos de ingeniería deben tener adhesión
perfecta. Algunas investigaciones han mostrado que la distribución en la interfase, cambia
con el grado de densificación, Kutnar et al. (2007). Estos autores observaron que en la
madera control, el adhesivo penetra en los lúmenes de las células, en cambio en la madera
densificada, además de penetrar en los lúmenes de las fibras, también lo hace en los radios
medulares. La porosidad de la madera cambia producto de la densificación y el flujo del
adhesivo sigue la dirección menos resistente (Kutnar et al. 2007).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
37
Para comprender y predecir el comportamiento de la adhesión y la región de la interfase
adhesivo – madera, se requiere el conocimiento de las interacciones que ocurren a nivel de
nanoescala. La nanoindentación es una herramienta que permite evaluar el comportamiento
mecánico de las células de la madera a escala micrométrica (Wang et al., 2013); estos
autores definen esta técnica como una técnica de análisis no destructivo que proporciona
valores de propiedades mecánicas de la madera con mucha exactitud.
A escala macrométrica, la dureza es una de las propiedades más importantes en la madera
destinada a la fabricación de parquet o pisos de madera (Lutz 1977, Niemz y Stübi 2000).
La dureza tiene directa relación con la resistencia al rayado, el uso diario y la abrasión. En
Europa, el método de determinación de dureza más utilizado para pisos es la prueba Brinell,
mientras que, en su mayor parte en el norte y América del Sur el método más utilizado es el
prueba de Janka. El método Janka no ha sido aceptada en Europa ya que existe una
posibilidad considerable de fracaso debido a la compresión de la pared celular (Niemz y
Stübi 2000). Además, la profundidad de indentación que realiza el método Brinell se cree
que tiene menos efectos secundarios que el método de Janka (Bektas y Alabama. 2001).
Schwab (1990) llegó a la conclusión de que el método Brinell es el método más adecuado
para madera sólida.
La densificación de la madera produce un cambio significativo en la propiedad de la
dureza, es así como Fang et al. (2012) encontraron resultados de dureza dos o tres veces
mayor que las muestras control. Un cambio significativo en la dureza debido a la
densificación también se ha informado de diferentes procesos de densificación (Inoue et al.
1996;. Kamke 2006; Navi y Heger 2005). Este alto aumento de la dureza se debe al cierre
de los lúmenes de los vasos y de fibra luego del tratamiento, debido a la compresión.
Otra propiedad de importancia en los pisos de madera es la estabilidad dimensional. Este
coeficiente muestra la resistencia de la madera a los cambios ambientales tales como la
humedad o la temperatura. En otras palabras, todo cambio en las dimensiones de madera
(contracción o hinchamiento), bajo ciertas condiciones, y los cambios mínimos (el número
más bajo en la escala) tienen directa relación con una mayor estabilidad dimensional.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
38
Es conocido que el tratamiento térmico de la madera mejora su estabilidad dimensional, su
resistencia al deterioro biológico, y contribuye al cambio de color uniforme a tonos de color
marrón oscuro (Kollmann et al 1975;. Hill, 2006). Según Zivkovic et al. (2008), el nivel
más alto de temperaturas de tratamiento térmico proporciona mayores efectos de
estabilización dimensional. En estos casos, la absorción de agua se pueden reducir en hasta
un 70%. El tratamiento térmico de la madera se ha conocido por mucho tiempo como un
método eficaz para modificar las propiedades de la madera (Kollman y Fengel 1965). A
veces se utiliza para cambiar las propiedades estéticas de la madera. Un termo-tratamiento
siempre resulta en oscurecimiento de la madera, que a menudo se atribuye a la formación
de productos de degradación de color de hemicelulosas y compuestos extractivos
(Sundqvist y Morén 2002).
Por otro lado, los materiales compuestos en base a madera tienen un comportamiento muy
distinto en propiedades físicas y mecánicas. En este sentido, los sustratos también juegan
un rol muy importante en relación al comportamiento de la estabilidad dimensional que
tiene el piso de ingeniería como compuesto; según Garay (2007), la adsorción de humedad
para OSB fue superior a la del contrachapado con y sin protección superficial.
Los pisos de madera suelen estar protegidos por revestimientos transparentes, que
idealmente podrían ayudar en la conservación de la apariencia natural de la madera. Estos
recubrimientos son sensibles a la radiación UV; la luz ultravioleta (UV) puede penetrar a
través de los pisos para iniciar reacciones fotoquímicas en el sustrato de madera
subyacente, dando lugar a la decoloración. Pandey (2005) informó que los cambios en el
color de la madera durante la irradiación de luz se correlacionaron con la descomposición
de lignina. Entre los recubrimientos ensayados, la más alta resistencia a la luz durante la
exposición de envejecimiento acelerado fue registrada para barniz de poliuretano.
Miklecic et al. (2011), señalan que para seleccionar una madera para un piso, no solamente
se deben considerar estas características y propiedades, para tener un piso de calidad, pues
la selección del acabado final juega otro factor importante, al brindar una alta diversidad de
productos que realzan su belleza y le aumentan su durabilidad.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
39
MATERIALES Y METODO
Materia Prima
La materia prima utilizada en este capitulo consistio en laminas densificadas para la
superficie del piso de ingeneria, OSB y contrachapado que correcponde a los sustratos del
piso y adhesivo urea Formaldheido.
Las láminas densificadas fueron fabricadas gracias a un estudio previo de los autores
Chávez et al. 2015. El proceso de densificación se llevó a cabo en una prensa especialmente
acondicionada, ubicada en laboratorios del Centre de recherche sur les matériaux
renouvelables (CRMR) de la Université Laval en Canadá.
Las láminas de Pinus radiata para la fabricación del piso, fueron densificadas a 180°C de
temperatura de prensado, 9000 kPa presión mecánica, 550 kPa presión de vapor y 7
minutos de compresión. En Eucalyptus nitens, la densificación fue a 160°C temperatura de
prensado, 7000 kPa presión mecánica, 350 kPa de presión de vapor y 31 minutos de
compresión.
Como sustratos se utilizaron dos tipos; Contrachapado y OSB comerciales. El
Contrachapado es un tablero estructural de 3 chapas y de 9.5 mm de espesor y el OSB es
tablero estructural de 9.5 mm de espesor.
El adhesivo utilizado para la fabricación del piso de ingeniería fue Urea Formaldehido,
Ademix 2150, con un 1% catalizador E-36, proporcionado por la empresa Oxiquim S.A.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
40
2.- Fabricación de pisos de ingeniería
La fabricación del piso de ingeniería representada en la (figura 1), se realizó en
dependencias de la Universidad del Bío-Bío.
Figura 1: Fabricación de piso laminado.
Para la fabricación de los pisos de ingeniería se consideraron las siguientes variables para la
adhesión de la lamina de madera densificada con el sustrato. Estas variables de prensado
fueron determinadas mediante estudios preliminares realizados en dependencias de la
empresa OXIQUIM S.A, (tabla 1) .
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
41
Tabla 1: Variables de prensado para la adhesión de madera densificada en los sustratos de
OSB y contrachapado.
Los sustratos de OSB fueron previamente lijados superficialmente con lija para madera
grano 80, para generar una mejor penetración del adhesivo. Luego de aplicar el adhesivo
con rodillo manual, se esperó 4 min para que el adhesivo desarrollará su máxima
pegajosidad antes de prensar. Para prensar se utilizó una prensa marca DUMONT CHILE
de 2 platos de 50x50 centímetros, a una temperatura de prensado de 135 °C. Para los pisos
con sustrato OSB se utilizó una presión de prensado de 10 bar y para contrachapado 20 bar.
La diferencia de presión en los sustratos fue producto de las condiciones observadas luego
del ensayo de tracción en cizalle al que fueron sometidos los pisos, con presión de 10 bar,
solo los pisos con OSB obtuvieron buena adhesión, a presión de 20 bar los pisos con
contrachapado presentaron buenas condiciones de adhesión, sin embargo el OSB sufrió
deformación de su espesor debido a la alta presión. El factor de prensado para todos los
pisos fue de 0.8 min/mm. Luego de prensar, se realizó el perfilado lateral
(machihembriado), figura 2, en una Tupí y las ranuras hubicadas en la parte inferior del
piso liberadoras de tensiones, se realizaron en una máquina sierra circular, tomado como
referencias las dimensiones señaladas en NCh 2100 Madera – Molduras – Designación y
dimensiones, además del libro “La construcción de viviendas en Madera” unidad 20 de
CORMA.
Variables de prensado
Pinus radiata
densificado con
OSB
Pinus radiata
densificado con
contrachapado
Eucalyptus nitens
densificado con
OSB
Eucalyptus nitens
densificado con
contrachapado
Presión de prensado (bar) 10 20 10 20
Factor de Prensado (min/mm) 0,8 0,8 0,8 8,8
Gramaje (g/m2) 50 50 50 50
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
42
Figura 2: Perfilado del piso de ingeniería con sustrato contrachapado.
Se aplicaron 3 capas de barniz vitrificado Vitroux-63. En la primera aplicación el barniz se
diluyó en aguarrás mineral en proporciones designadas por el fabricante para sellar la
madera. Luego de un lijado previo con lija de grado 180º, se aplicó la segunda capa de
barniz sin dilución y se esperó 24 horas para el secado. Un total aproximado de 20 pisos
de ingeniería por especie (Pinus radiata y Eucalyptus nitens), por cada sustrato (OSB y
contrachapado) y por tratamiento (Control, densificado, densificado con barniz), fueron
fabricados para su posterior caracterización.
2.-Ensayos a pisos de ingeniería.
2.1 Morfología de la interfase en pisos de ingeniería.
La zona interfasial (madera-adhesivo-madera) fue analizada a través de la penetración del
adhesivo en los sustratos (OSB y contrachapado); con especies densificadas de Pinus
radiata y de Eucalyptus nitens Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM),
marca Jeol, JSM-6610LV y un estereo-microscopio marca LEICA, con el cual se realizaron
mediciones del espesor de la zona interfasial. Se obtuvieron 3 probetas por piso de
ingeniería por condición de ensayo, de las cuales se obtuvieron 30 datos del espesor de la
línea de cola por cada una de las muestras.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
43
2.1.1 Probetas para el análisis del espesor y penetración del adhesivo
Se prepararon 3 muestras por tipo de piso de ingeniería, para ambas especies (Pinus radiata
y Eucalyptus nitens), ambos sustrato (OSB y contrachapado) y para ambas condiciones
(control y densificadas), las muestras fueron obtenidas de la zona interfasial en estado seco.
Las probetas fueron cortadas de forma rectangular de dimensiones 5 x 10 mm obtenidas
desde la zona interfasial. Luego la superficie transversal de las muestras fueron cortadas
con un cuchillo de ultra filo formando una pirámide truncada. Finalmente, para lograr una
superficie homogénea en el área de observación, las muestras fueron cortadas con un
cuchillo de diamante. Luego de dimensionar las probetas fueron recubiertas con oro
utilizando un equipo de impregnación para vacío Denton VACUUM DESK V, durante un
tiempo de 30 segundos por un tiempo de 30 segundos para obtener una mayor conducción
al material y una mejor resolución en las imágenes SEM.
2.2. Nanoindentación de la interfase
Para estimar las propiedades mecánicas de la región interfasial figura 3, mediante la
ecuación de la regla de mezclas, se evaluaron las propiedades nanomecánicas en las líneas
de cola de los pisos de Pinus radiata y de Eucalyptus nitens con y sin tratamiento de
densificación y con ambos sustratos OSB y contrachapado. Se utilizó un nanoindentador
Hysitron TI900 equipado con una punta de diamante de tipo pirámide triangular Cube
Corner para la determinación de las propiedades nanomecánicas. El ciclo de carga fue un
multiciclo de carga creciente máxima de 100 μN, en un tiempo de 104 s. En cada una de las
probetas, en la zona interfasial (fibra madera densificada, línea de cola, fibra sustrato), se
determinaron los módulos de elasticidad reducido de cada uno de los materiales que
componen los pisos de ingeniería que en esta zona interactúan (Er). Se utilizaron 3 probetas
por cada línea de cola para la caracterización.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
44
El módulo reducido fue determinado por la siguiente expresión:
(1)
Er: módulo de elasticidad reducido Gpa.
S: pendiente de la curva de descarga.
A: área de indentación.
2.2.1 Probetas para el análisis de las propiedades nanomecánicas.
Se prepararon 3 probetas por tipo de piso para obtener aproximadamente 30 datos por
condición. La metodología de preparación de las probetas fue la misma que la utilizada en
la morfología de la interfase, exceptuando el recubrimiento con oro.
Figura 3: Esquema interfase adhesivo-madera (Muller et al. 2009).
Luego de la indentación y mediante la ecuación de la regla de las mezclas, se puede estimar
las propiedades mecánicas de la interfase. La predicción usa como información las
propiedades nanomecánicas (Módulo de elasticidad axial) medidas mediante
nanoindentaciones en la pared celular y adhesivo, además de la fracción de volumen en la
región de interfase las cuales se pueden asumir por estudios realizados anteriormente
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
45
(Acevedo, 2012); 30% de fracción de volumen adhesivo y 70% fracción de volumen de la
pared celular fueron usadas. La ecuación “regla de las mezclas” (Ec. 2) permite predecir el
módulo elástico de un compuesto (formado por una fibras y una matriz adhesiva) cuyas
fases contribuyen en forma independiente y en función de la fracción de volumen de cada
una de ella (V). La regla de las mezclas establece que (Paris et al. 2006):
(2)
Dónde:
Ec: módulo de elasticidad de la interfase (GPa)
Vf: fracción de volumen de la pared celular (%)
Ef:: módulo de elasticidad de la pared celular (GPa)
Vm: fracción de volumen del adhesivo (%)
Em: módulo de elasticidad del adhesivo (GPa)
2.3 Tracción a los pisos de ingeniería.
Los ensayos mecánicos de tracción en el piso de ingeniería, se realizaron en una máquina
de ensayo universal marca ZwickRoell de 20 kN ubicada en dependencias del Centro de
Biomateriales y nanotecnología de la Universidad del Bío-Bío. Un total de 15 probetas
fueron preparadas para los pisos con y sin tratamiento de densificación de las especies de
Pinus radiata y Eucalyptus nitens con sustratos OSB y contrachapado. Se utilizó una
velocidad de ensayo de 5 mm/min; se usó la probeta tipo I según la norma ASTM 638. Se
obtuvo el módulo de elasticidad (E) para las curvas de fuerza (N) vs. desplazamiento (mm),
mediante la pendiente de la curva en la zona elástica.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
46
Ecuación módulo de elasticidad:
(3)
Donde:
E = módulo de elasticidad (GPa)
σ= carga (N/mm2)
ε = deformación unitaria
P = fuerza (N)
d = desplazamiento (mm)
L = largo (mm)
A = área de Falla (mm2)
2.4 Dureza Brinell
La dureza Brinell se determinó de acuerdo a la norma Europea EN 1534 en una máquina de
ensayo universal marca ZwickRoell ubicada en el CBN (Centro de Biomateriales y
Nanotecnología) de la Universidad del Bío-Bío, con una capacidad máxima 2.0 ton. El
ensayo consistió en la indentación de una bola de acero de 10 mm de diámetro en las
superficies de las muestras, las muestras ensayadas corresponden a los pisos de ingeniería
(Control, superficie densificada, superficie densificada con barniz). Se aplicó una fuerza
creciente hasta alcanzar los 1000 N durante 15 s, se mantuvo esta carga por 25 s y luego se
retiró el indentador desde la muestra. El diámetro que dejó la indentación en la cara
superficial del material fue medido con un pie de metro, en cada una de las indentaciones
de la muestra. Dos mediciones fueron realizadas por cada indentación, una paralelo a la
dirección de la fibra, y la otra perpendicular a ésta. Luego de acuerdo a la expresión (4) se
determina el valor de dureza Brinell (HB).
(Mpa) (4)
Dónde:
p: es la fuerza aplicada (N); D: diámetro de la bola (mm); d: promedio del diámetro de la
circunferencia marcada por la bola en el material (mm).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
47
2.4.1 Probetas de dureza Brinell
Se realizaron un total 50 indentaciones por condición (control, superficie densificada,
superficie densificada con barniz) para ambas especies Pinus radiata y Eucalyptus nitens,
las probetas fueron de dimensiones 3.5 mm x 50 mm x 50 mm y en cada una de las
probetas se realizaron 4 indentaciones.
2.5 Estabilidad dimensional
La estabilidad dimensional en los pisos de ingeniería para ambas especies Pinus radiata y
Eucalyptus nitens con y sin aplicación de barniz, además de piso control (sin tratamiento de
densificación), fue determinada a través de una cámara de clima marca Binder, esta cámara
está ubicada en el laboratorio de tecnología del secado de la madera de la universidad del
Bío-Bío, las condiciones fueron del ensayo fueron de 25ºC y 90% de humedad relativa
(HR) por un período de 7 días. La masa de cada probeta fue periódicamente controlada de
manera de determinar la absorción de humedad en las muestras. La absorción de humedad
se calculó diariamente durante los 7 días de acondicionamiento en la cámara, de acuerdo a
la expresión 5. Para la obtención de la masa seca, las muestras, después de aclimatadas por
7 días, fueron dejadas en estufa a 103ºC por un período de 24 horas.
(5)
Dónde:
mf= masa final (kg), después del acondicionamiento en cámara a las 24 horas o 7 días,
según corresponda.
m0= masa anhidra (kg).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
48
2.5.1 Probetas de estabilidad dimensional
para la estabilidad dimensional, 15 probetas por cada condición de los pisos de ingeniería
fueron analizados. Las dimensiones de las probetas fueron de 3.5mm x 5mm x 5mm.
2.6 Envejecimiento Acelerado
El ensayo de envejecimiento acelerado se realizó con una cámara de envejecimiento
acelerado marca QUV LU-0819.2 modelo QUV/spray con Solar Eye (control de radiación)
y lámparas UVA-340, ubicada en dependencias del laboratorio de adhesivo y materiales
compuestos de la universidad del Bío-Bío.
El proceso de envejecimiento acelerado mediante rayos UV, fue realizado usando como
pauta la norma ASTM G154: Standard practicefor Operatingf luorescent light Apparatus
for UV exposure of nonmetallic materials. La luz del equipo a 0.95 W/m2/nm durante el
ciclo de envejecimiento siendo un 40% mayor al espectro natural según la norma ASTM
G154-06. Las probetas fueron envejecidas en conformidad con las normas durante 96 horas
con ciclos de 12 horas, cada ciclo fue repetido 8 veces (tabla 2).
Tabla 2: Etapas del ciclo (12 horas) de envejecimiento UV.
Etapas Temperatura Tiempo
1.) Luz 60 (+-3) ºC 8 horas
2.) Condensación 50 (+-3) ºC 4 horas
2.6.1 Probetas de envejecimiento acelerado.
Probetas de Pinus radiata y Eucalyptus nitens en condiciones de control (sin tratamiento
de densificación), densificado y densificado con barniz para ambos sustratos, de
dimensiones 7.2 x 15 cm, se cortaron desde los pisos fabricados, dejando un área expuesta
de 6.5 x 10 cm en el porta muestra (Figura 4).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
49
(a) (b)
Figura 4: Porta muestra con probetas ordenadas respectivamente en condiciones control,
densificadas y densificada con barniz: (a) Probetas Pinus radiata; (b) Probetas de
Eucalyptus nitens.
2.6.2 Test de Color
Para evaluar el efecto que tuvo el envejecimiento acelerado en la calidad de la superficie, se
analizó los cambios de tonalidades resultantes para cada uno de los pisos fabricados
(control, densificado, densificado con barniz) en ambas especies (Pinus radiata y
Eucalyptus nitens), con y sin envejecimiento acelerado usando radiación UV y
condensación. Estas mediciones fueron realizadas con un Espectrómetro portátil BYK
Gardner.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
50
Para la evaluación de color, se utilizaron los valores de L*, a* y b* (coordenadas
cromáticas numéricas), que representan una gama en la escala de color Figura 5 para
calcular el ΔE, este valor se calcula en base de una muestra patrón (punto 0 en el gráfico),
esto significa que ΔE representa, la diferencia de color entre alguna de las condiciones
(densificada, densificada con barniz y control) en relación a la muestra patron. Se midieron
4 valores por probeta con 6 repeticiones por cada tratamiento. Los valores L*, a* y b* son
utilizados para el cálculo de ΔE, como se muestra en la siguiente expresión:
(6)
∆𝐸 = diferencia de color
L = luminosidad y oscuridad
a = cordenadas rojo +/ verde -
b = cordenadas amarillo +/azul
Figura 5: Escala de color, coordenadas cromáticas numéricas.
El análisis estadístico
El análisis estadístico para todos los ensayos fue realizado con ayuda del software
Statgraphics Centurion XVI. Se ignoraron puntos atípicos con el grafico caja y bigote y a
través de la tabla ANOVA y de la prueba de multiples rangos se determinó si hay
diferencias significativas entre las medias
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
51
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. Morfología de la interfase en pisos de ingeniería
La tabla 3 muestra los resultados de espesor en micrones (µm), obtenidos mediante la
medición de la zona interfasial (madera-adhesivo-madera).
Tabla 3: Espesor promedio (µm) de la interfase de pisos de ingeniería.
Diferencias significativas fueron encontradas entre los promedios del espesor de la interfase
de los pisos control y los pisos de ingeniería de madera con una superficie densificada, en
general, los pisos con madera densificada mostraron una disminución del espesor de la
interfase. A 95% de nivel de confianza. Este efecto podría explicarse debido a la dificultad
que existe en las células de la madera densificada para la penetración de adhesivo, por el
aplastamiento que estas presentan luego del tratamiento de densificación.
En investigaciones anteriores, Kutnar et al. (2007) demostraron que la ubicación del
adhesivo en la interfase cambia con el grado de densificación; entre mayor grado de
densificación, mayor es la dificultad para el ingreso del adhesivo. Además, estos autores
señalan que la disminución de la penetración del adhesivo en la madera densificada es
menor debido a que la porosidad de la madera disminuye producto de la densificación y el
flujo del adhesivo sigue la dirección menos resistente.
Pisos de ingeniería Control (µm) Densificado (µm)
Pinus radiata -OSB 43.0 34.6
Pinus radiata -Contrachapado 41.7 35.5
Eucalyptus nitens -OSB 47.9 36.3
Eucalyptus nitens -Contrachapado 36.3 32.3
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
52
2. Nanoindentación de la interfase.
La tabla 4, muestra los resultados del módulo de elasticidad reducido (Er) para la pared
celular y para el adhesivo de los pisos de ingeniería. Para la estimación del módulo de la
interfase (Ei).
Tabla 4: Modulo de Elasticidad (Er) en pared celular y en adhesivo de pisos de Pinus
radiata y Eucalyptus nitens.
Se observa que el valor Er de la pared celular es muy superior al del adhesivo en ambas
especies. Dichos resultados son similares a los encontrados por otros autores (Konnerth et
al. 2006. y Acevedo et al 2012).
En la pared celular, los pisos de madera con tratamiento de densificación en ambas especies
aumentaron su rigidez, observándose diferencias significativa con 95% de confianza, en
compracion a los pisos sin tratamiento de densificación. exceptuando al Eucalyptus nitens
con sustrato contrachapado, el cual no presenta diferencias significativas en relación a los
pisos control.
Los sustratos OSB y contrachapado se presentan diferencias significativas en los pisos sin
tratamiento de densificación siendo mayor Er de los pisos con OSB, Sin embargo en pisos
con madera densificada esta diferencia no existe.
Mediante la ecuación de la regla de las mezclas se calculó el módulo de elasticidad de la
interface promedio (tabla 5), utilizando como fuente de información el módulo de
elasticidad reducido (Er) y la fracción de volumen de cada una de las fases (V).
Pinus radiata Eucalyptus nitens
Tipo de Piso Pared Celular
(GPa)
Adhesivo
(GPa)
Pared Celular
(GPa)
Adhesivo
(GPa)
Control -OSB 9.75 6.72 9.77 6.81
Densificado -OSB 11.79 6.49 11.53 7.41
Control- Contrachapado 10.92 6.71 10.25 7.02
Densificado- Contrachapado 11.76 6.85 10.64 6.95
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
53
Tabla 5: Módulo de elasticidad promedio de la interfase (Ei) para pisos de Pinus radiata y
Eucalyptus nitens con distintas condiciones.
Se logra observar los resultados del módulo de elasticidad estimado de la interfase, que
hubo en la especie Pinus radiata y Eucalyptus nitens con sustrato contrachapado y OSB.
Sin embargo según el análisis estadístico se observa que no existe una diferencia
significativa entre ambas especies como tampoco en los sustratos OSB y contrachapado,
presentando un comportamiento homogéneo en el módulo de elasticidad de la interfase
estimado (Ei) para los distintos tipos de pisos.
Lo contrario ocurre al comparar los pisos control con los pisos con tratamiento de
densificación donde si existe una diferencia significativa con un 95% de confianza,
evidenciando un aumento del módulo Ei luego del tratamiento de densificación. Según
(Buckley et al. 2002) una buena interfase es capaz de transmitir esfuerzos entre chapas
mejorando así las propiedades mecánicas del producto final. Acevedo (2012) relaciona
directamente el aumento del Ei con las propiedades mecánica del laminado.
3. Tracción paralela en pisos de ingeniería
La tabla 6 muestra los resultados obtenidos para el módulo de elasticidad en tracción
paralela E, del compuesto piso de ingeniería de ambas especies Pinus radiata y Eucalyptus
nitens y ambos sustratos OSB y contrachapado en condiciones de control y con tratamiento
de densificación.
Pinus radiata Eucalyptus nitens
Tipo de Piso Pared Celular (GPa) Pared Celular (GPa)
Control -OSB 7.62 7.69
Densificado -OSB 8.08 8.64
Control- Contrachapado 7.97 7.98
Densificado- Contrachapado 8.32 8.37
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
54
Tabla 6: Modulo de elasticidad E promedio del piso del piso de ingeniería en ensayo de
tracción paralela.
Tracción Paralela E
Piso de ingeniería Control (GPa) Densificado (GPa)
Pinus radiata -OSB 10,3 21,3
Pinus radiata -Contrachapado 11,6 25.8
Eucalyptus nitens -OSB 11,9 20,8
Eucalyptus nitens -Contrachapado 16,1 25,1
En general, se observa que hubo un aumento significativo del E paralelo de los pisos de
madera densificada, al 95% de confianza en relación al valor E de los pisos de control. El
aumento del módulo de elasticidad en tracción para los pisos densificados de Pinus radiata
con sustrato contrachapado y OSB fue superior un 122% y 107% respectivamente con
respecto a pisos sin madera densificada. Según Fang et al. (2012) y Kultikova, E. (1999),
al igual que en este estudio, el módulo de tracción de maderas densificadas aumentó
considerablemente en relación a las probetas control.
4. Dureza Brinell
La dureza Brinell aumentó significativamente en pisos con la superficie densificada en
ambas especies Pinus radiata y Eucalyptus nitens (figuras 6 y 7). Según Rautkari et al.
(2009) y Ünsal et al. (2011), este aumento se puede relacionar con la densidad de la
madera, la cual está estrechamente relacionada con la densificación.
En los pisos de Eucalyptus nitens densificado con barniz, el aumento de la dureza fue del
orden de 170% en ambos sustratos, al ser comparada con piso sin densificar.
En el Pinus radiata densificado con barniz, la tendencia es similar al Eucalyptus nitens, la
dureza de Brinell aumenta significativamente superando incluso en un 208% a los pisos
control. Se observa además que no existe diferencia significativa, con un 95% de confianza,
entre el sustrato OSB y contrachapado en ambas especies.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
55
La dureza Brinell en pisos de ingeniería densificado con y sin barniz, no presentan
diferencias significativas entre ellos. Sin embargo, existe una tendencia al aumento en los
pisos con aplicación de barniz. Según Pelit and Sonmez (2015), después de la aplicación
del barniz, la dureza de la superficie de las muestras aumenta, debido a que la dureza de la
capa de barniz en la superficie es mayor que la dureza del material madera.
(a) (b)
Figura 6: Dureza Brinell para pisos de Eucalyptus nitens con condiciones: control, densificado,
densificado con barniz (a) Piso con sustrato OSB; (b) Piso Sustrato contrachapado. Gráfico de
barras de error representando valores medios.
(a) (b) Figura 7: Dureza Brinell HB para pisos de Pinus radiata con condiciones: control, densificado,
densificado con barniz: (a) Piso con sustrato OSB; (b) piso con sustrato contrachapado. Gráfico de
barras de error representando valores medios.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
56
La figura 8a y 8b muestra las marcas de indentación dejadas como huellas después del
ensayo de dureza Brinell. Se aprecia claramente una disminución de la penetración de la
bola de acero de acuerdo a la condición del piso (control, densificado, densificado con
barniz) por el aumento de la dureza en estas.
(a)
(b)
Figura 8: Probetas con marcas de indentaciones después del test de dureza Brinell para cada
especie y condición del piso (a) Probetas de piso Pinus radiata; (b) Probetas de piso Eucalyptus
nitens
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
57
0
5
10
15
20
25
Contrachapado OSB
Ad
sorc
ion
de
Hu
me
da
d (
%)
Sustratos
Control
Densificado
Densificado con Barniz
5. Estabilidad dimensional
Los resultados de adsorción de humedad obtenidos en muestras de pisos de ingeniería con
madera densificadas de Eucalyptus nitens y Pinus radiata con ambos sustratos
(contrachapado y OSB) y por cada condición (control, densificado, densificado con barniz)
son presentados en la figura 9 y 10.
Figura 9: Adsorción de Humedad en pisos de Eucalyptus nitens, según su condición y sustrato que
lo componen.
Figura 10: Adsorción de Humedad en pisos de Pinus radiata, según su condición y sustrato que lo
componen.
0
5
10
15
20
25
Contrachapado OSB
Ad
sorc
ion
de
Hu
me
da
d (
%)
Sustratos
Control
Densificado
Densificado con Barniz
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
58
La menor adsorción de humedad se produjo en los pisos de ingeniería con barniz, la mayor
adsorción en los pisos control, la madera densificada evidenció una disminución de la
adsorción de humedad, sin embargo, esta disminución no es significativa con respecto a
los pisos control en ambas especies. Este comportamiento fue repetitivo durante los 7 días
de condensación y para ambos sustratos OSB y contrachapado. Según Pelit et al. (2016) La
adsorción de agua disminuye en la madera densificada con un proceso térmico, debido a la
disminución de volumen de los poros de las muestras densificadas. Del mismo modo
Mariotti (2010) y Chávez (2015) observaron que a través del proceso de densificación y
debido al aumento de la temperatura, se produce aplastamiento de los lúmenes que
constituyen un espacio de almacenamiento del agua capilar disminuyendo así la absorción
de humedad. Según Blanchet (2004) la capa de barniz desempeña un papel significativo en
los pisos de ingeniería mediante la penetración de este, limitando la adsorción de humedad
a través de la superficie de la capa.
En ambas especies, Pinus radiata y Eucalyptus nitens, no se observan diferencias
signidficativas, sin embargo en el sustrato contrachapado en pisos control presenta menor
absorción de humedad que el sustrato OSB, con una diferencia estadísticamente
significativa de un 95% de confianza.
5.1. Envejecimiento acelerado
Las figuras 11 y 12 muestran el valor de Delta E obtenido en pisos de ingeniería con ambas
especies.
Figura 11: Diferencia de color pisos de Pinus radiata
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
59
Figura 12: Diferencia de color pisos de Eucalyptus nitens.
Las probetas control fueron las más afectadas por el envejecimiento, con respecto a las
muestras patrón. lo anterior se debe a la luz ultravioleta y a la condensación a las que
fueron sometidas. Su apariencia es de un color mas oscuro y con la superficie dañada
(agrietamiento). Los pisos de ingeniería con madera densificada también manifestaron un
cambio de color con respecto a la muestra patrón , sin embargo esto ocurrió de manera mas
leve. No se aprecio daño superficial después de 8 de 12 horas de envejecimiento acelerado.
Las muestras mostraron una diferencia de intensidad de decoración, sin embargo, la
densificada con barniz presentaron menor variación de (∆E). Esto indica que el piso de
madera densificada con barniz proporciona mayor estabilidad del color a la madera de
Pinus radiata y Eucalyptus nitens debido a su capa protectora que impide la adsorción de
humedad y la penetración de los rayos UV en las células de la madera.
Para ambas especies Pinus radiata y Eucalyptus nitens, el tratamiento de densificación
favorece el comportamiento de la variación de color luego del envejecimiento acelerado.
similares resultados los encontrados por otros autores. Donde, Ahajji et al. (2009),
menciona que el mejor rendimiento de color de la madera tratada térmicamente se puede
atribuir a la lignina, cuya molécula se modifica parcialmente durante el tratamiento térmico,
formándose monómeros fenólicos, fenómeno conocido como condensación de lignina, este
fenómeno inhibe parcialmente la luz UV. Del mismo modo Pandey (2005), observó que
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
60
entre los recubrimientos ensayados, la más alta resistencia a la luz durante la exposición de
envejecimiento acelerado fue registrada para barniz de poliuretano. Además informó que
los cambios en el color de la madera durante la irradiación de luz se correlacionaron con la
descomposición de lignina.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
61
CONCLUSIONES
La morfología de la interfase en pisos de ingeniería demuestra que el tratamiento de
densificación afecta la penetración del adhesivo, disminuyendo la zona interfasial de forma
significativa en relación a pisos de ingeniería sin tratamiento.
En la caracterización nanomecánica de las especies con tratamiento de densificación se
observa un incremento del Er en la pared celular en compracion a los pisos control.
Del mismo modo E paralelo presentan un importante aumento en los pisos con la superficie
densificada en ambas especies llegando incluso a 122% de aumento en el caso Pinus
radiata con sustrato contrachapado en comparación al piso control.
En los ensayos de dureza Brinell, los pisos de madera densificada presentaron un aumento
significativo para ambas especies. Aumentando en hasta un 208% en pisos de Pinus radiata
densificados con aplicación de barniz y un 175%, en Eucalyptus nitens densificada con
aplicación de barniz.
La absorción de humedad para pisos de ingeniería fue menor en pisos densificados con
barniz en ambas especies, Pinus radiata y Eucalyptus nitens en relación a los pisos control,
sin embargo, esta diferencia no fue significativa. El sustrato contrachapado presenta menor
absorción de humedad que el sustrato OSB, con una diferencia estadísticamente
significativa a un 95% de confianza.
Finalmente luego de someter los pisos a un envejecimiento acelerado para observar el
cambio de tonalidades, el mejor comportamiento se presentó en probetas de Pinus radiata y
Eucalyptus nitens con tratamiento de densificación con aplicación de barniz.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
62
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este documento agradecen al Proyecto Fondef IDEA CA 13i10310 por
proveer el equipamiento y material prima para desarrollar la investigación, a, la empresa
Oxiquim S.A. por suministrar el adhesivo y facilitar sus instalación donde se realizaron
pruebas, al Centro de Biomateriales y Nanotecnología, Laboratorio de Adhesivos y
Materiales Compuestos, y al Pabellón de Tecnología de la Madera de la Universidad del
Bio-Bio por proveer equipamiento e instalaciones para desarrollar la investigación y al
Ingeniero Daniel Torres por el desarrollo de parte de este trabajo en conjunto.
BIBLIOGRAFÍA
AHAJJI, A.; DIOUF, P. N.; ALOUI, F.; ELBAKALI, I.; PERRIN, D.; MERLIN, A.;
GEORGE, B. 2009. Influence of heat treatment on antioxidant properties and colour stability of
beech and spruce wood and their extractives. Wood Science and Technology 43: 69-83.
ACEVEDO, A. 2012. Efecto de las grietas de debobinado en chapas de Eucalyptus nitens para la
fabricación de tableros contrachapados. Tesis magíster, Universidad del Bío-Bío, Chile.
ASTM G154. 2006. Standard practice for Operating fluorescent light Apparatus for UV exposure
of nonmetallic materials.
ASTM D638 2014. Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.
BEAUREGARD, R., 1998b, Survey of standard and markets for composite flooring for Europe
and North America. International Value-added wood processing conference. Toronto, Canada. 3-4
décembre 1998, pp : 79-84.
BEKTAS, I., ALMA, M. H. AND AS, N. 2001. Determination of the relationships between
Brinell and Janka hardness of eastern beech (FagusorientalisLipsky). Forest Products Journal
51(11/12): 84–88.
BLANCHET, P. 2004.Caractérisation du comportement des lames de plancher d ingénierie, Tesis
doctoral, Faculté de foresterie et de géomatique. Université Laval, Québec-Canadá.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
63
BUCKLEY, D.L.; VAN MOLLE, I.; GAREISS, P.C., TAE H.S.; MICHEL, J.; NOBLIN,
D.J.; JORGENSEN, W.L.; CIULLI, A. 2002. Crews Targeting the von Hippel-Lindau E3
ubiquitin ligase using small molecules to disrupt the VHL/HIF-1α interaction J. Am. Chem. Soc.,
134 (2012), pp. 4465–4468
CHÁVEZ, R. 2015. Caracterización de maderas de rápido crecimiento: Pinus radiata y Eucalyptus
nitens densificadas con un proceso termo-higro-mecánico. Tesis magíster,Universidad del Bío-Bío,
Chile.
CORPORACIÓN CHILENA DE LA MADERA (CORMA). 2009. PlantacionesForestales,
Pinoradiata. (Consultado el 23/07/2016).
EN 1534 (2004). Bestimmung des Eindruckwieder- standes (Binell) Prufmethode Deutsche
Fassung EN 1534:2000-04, 4 seiten EN, April 2004.
FANG, C.-H.; CLOUTIER, A.; BLANCHET, P. 2012. Engineered wood flooring with a
densified surface layer for heavy-duty use. BioResources, vol. 7, No. 4, pp 5843 a 5854.
GARAY MOENA, R. M. 2007. Impregnating type lasur for the superficial protection of wood and
boards. Agro-Ciencia, 23(1), 25-36.
HILL, C. 2006. Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes. John Wiley and
Sons, Ltd, 99-127.
INOUE, M.; SEKINO, N.; MOROOKA, T.; NORIMOTO, M., 1996. Estabilización
dimensional de compuestos de madera al vapor I. Fijación de maderacomprimidapor la pre-cocción
al vapor. En: Actas del Simposio de CompuestosTercerPacificRimBio-Based, Kyoto, Japón. pp
240-24.
KAMKE, F. A. 2006. "Densificación de Pinus radiataparacompuestosestructurales"
MaderasCiencia y tecnología 8(2), 83-92.
KOLLMANN, F., AND FENGEL, D. 1965. “Changes in the chemical composition of wood
bythermal treatment,” HolzRohWerkst. 23(12), 461-468."
KOLLMANN, F.P.; KUENZI, E.W.; STAMM, A.J. 1975. Princi- ples of Wood Science and
Technology – Wood Based Materials. Springer – Verlag, New York, Heidelberg, Berlin, 118-120.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
64
KONNERTH, J.; GINDL, W. 2006. Mechanical characterisation of wood-adhesive interphase cell
walls by nanoindentation. Holzforschung (60): 429-433.
KULTIKOVA, E. V. (1999). Structure and properties relationships of densified wood (Doctoral
dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University).
KUTNAR A, SERNEK M (2007). Densification of wood. Zbornik gozd les 82:53–62
LUTZ, J. F. 1977. Wood veneer: Log selection, cutting, and drying. USDA, Tech. Bull. No. 1577.
137 pp.
MARIOTTI, N. 2010. Caractérisation des propiertesphysico-méchaniques de bois densifié thermo-
hygroméchaniquement. M.Sc. Thesis, Université Laval, Quebec, Canada.
MASSEY, R., 1998. Engineered Wood Flooring. Séminairesur les planchers composites. Ste- Foy,
Canada.
MIKLECIC J, JIROUS-RAJKOVIC V, ANTONOVIC A, SPANIC N. 2011. Discoloration of
thermally modified wood during simulated indoor sunlight exposure. Bioresources 6:434–446
NAVI, P.; Y HEGER, F. 2005. Comportamientotermo-hidgo-mecánico de la madera. Politécnico
y Universidad prensas Romande, Lausanne, ISBN 2-88074-620-5.
NCH 2100 OF. 2003 Madera – Molduras – Designación y dimensiones.
NCH 356 OF.1962. Maderas. Parquet.
NIEMZ, P. AND STUBI, T. 2000. Investigations of hardness measurements on wood based
materials using a new uni- versal measurement system. Proceedings of the First In- ternational
Symposium on wood machining, Vienna, 27.- 29.9.2000: 51–61.
PANDEY, K. K. 2005. “Study of the effect of photo-irradiation on the surface chemistry
of wood,” Polym. Degrad. Stab. 90, 9-20."
PARIS, F.; CANAS, J.; MARIN, J. 2006. Introducción al análisis y al diseno de Materiales
Compuestos. Universidad de Sevilla. Sevilla, Espana.
PELIT H. AND SONMEZ A. (2015): The Effect of Thermo-Mechanical Densification and Heat
Treatment on Some Physical Properties of Eastern Beech (Fagus orientalis L.) wood. Duzce
University Journal of Science & Technology 3(1): 1-14.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
65
PELIT, H.; BUDAKCı, M.; AND SONMEZ, A. (2016). “Effects of heat post-treatment on
dimensional stability and water absorption behaviours of mechanically densified Uludag fir and
black poplar woods,” BioResources 11(2), 3215-3229. DOI: 10.15376/biores.11.2.3215-3229
RAUTKARI, L.; PROPERZI, M.; PICHELIN, F.; HUGHES, M. 2009. Surface modification of
wood using friction. Wood SciTechnol 43:291–299
SCHWAB, E. 1990. Die Harte von Laubholzernfur die Parket- therstellung [The hardness of
hardwoods for parquet pro- duction]. HolzalsRoh- und Werkstoff 48(2): 47– 51 (in German).
SUNDQVIST, S. AND MOREN, T. 2002. “The influence of wood polymers and
extactivesonwoodcolour induced by hydrothermal treatment,” HolzRohWerkst. 60, 375-376."
UNSAL, O.; CANDAN, Z.; BUYUKSARı, U.; KORKUT, S.; CHANG, Y. S.; AND YEO, H.
2011.“Effect of thermal compression treatment on the surface hardness, vertical density propile and
thickness swelling of eucalyptus wood boards by hot-pressing,” MokchaeKonghak 39(2), 1-8. DOI:
10.5658/WOOD.2011.39.2.148.
WANG, X.; DENG, Y.; WANG, S.; LIAO, CH.; MENG, Y.; PHAM, T. 2013. Nanoscale
Characterization of Reed Stalk Fiber Cell Walls. BioResources, 8(2):1986-1996.
ZIVKOVIC, V.; PRSA, I.; TURKULIN, H.; SINKOVIC, T.; JIROUS-RAJKOVIC, V. 2008.
Dimensional stability of heat treated wood floorings. DrvnaIndustrija 59(2):69–73.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
66
CAPITULO 3: MODELAMIENTO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL PISO
DE INGENIERÍA A TRAVÉS DE LA TEORÍA CLÁSICA DE LAMINACIÓN.
Débora Pino, Mg.1, Cecilia Bustos, Ph.D.1, William Gacitúa, Ph.D.1
1 Departamento de Ingeniería en Maderas, Facultad de Ingeniería, Universidad del Bío-Bío.
E-mail: depino@alumnos.ubiobio.cl, cbustos@ubiobio.cl, wgacitua@ubiobio.cl
RESUMEN
El objetivo de este capítulo consiste en modelar las propiedades mecánicas de los pisos de
ingeniería a través de la teoría clásica de laminación, utilizando el software MatLab.
Ecuaciones basadas en la Ley de Hooke para compuestos bidimensionales fueron usadas
para determinar las tensiones, tensiones globales y locales en cada capa. Las entradas del
programa son las propiedades mecánicas y elásticas de la materia prima, orientación de las
laminas y espesores. Posteriormente los resultados del modelo fueron comparados con las
propiedades mecánicas obtenidas de forma experimental del mismo laminado. Como
resultado, fue posible modelar las propiedades del piso laminado de acuerdo a la teoría
clásica de laminación, sin embargo, al ser comparadas con las propiedades de los laminados
obtenidos de forma experimental, no fue posible validar el modelo matemático. Esto se
podría atribuir al no cumplimiento de los supuestos de la teoría clásica de laminación, los
que asumen que cada una de las capas de laminado cuentan con una homogeneidad en sus
propiedades físicas y mecánicas, además de una interacción perfecta entre las láminas
(adhesión perfecta). Lo cual en los pisos de ingeniería no se cumple.
Palabras claves: Modelamiento, pisos de ingeniería , Teoría clásica de laminación,
MatLab.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
67
CHAPTER 3: MODELING THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE LAMINATED
FLOOR THROUGH THE CLASSICAL THEORY OF LAMINATION.
Débora Pino, Mg.1, Cecilia Bustos, Ph.D.1, William Gacitúa, Ph.D.1
1 Department of Engineering in Maderas, Faculty of Engineering, Universidad del Bío-Bío.
E-mail: depino@alumnos.ubiobio.cl, cbustos@ubiobio.cl, wgacitua@ubiobio.cl
ABSTRACT
The objective of this chapter is to model the mechanical properties of engineering floors
through classical lamination theory using MatLab software. Equations based on Hooke's
Law for two-dimensional compounds were used to determine the tensions, global and local
tensions in each layer. Program inputs are material properties, material limits, and load
conditions. Subsequently the results of the model were compared with the experimentally
obtained mechanical properties of the same laminate. Thus, it was possible to model the
properties of the laminate floor per the classical lamination theory. However, when
compared with the properties of laminates obtained experimentally, it was not possible to
validate the mathematical model. This can be attributed to the non-fulfillment of the
assumptions of classical lamination theory, which assume that each of the layers of
laminate have a homogeneity in their physical and mechanical properties, as well as a
perfect interaction between the lamina (perfect adhesion). Which in the engineering floors
is not fulfilled.
Key words: Modeling, engineering floors, classical laminating theory, MatLab.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
68
INTRODUCCIÓN
Los materiales compuestos laminados se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial,
automóvil, entre otras industrias. Por lo general son más ligeros y más rígidos que otros
materiales estructurales. Un material compuesto laminado se compone de varias capas
donde cada capa está compuesta por una matriz y por fibras (figura 1). Cada capa puede
tener propiedades de los materiales similares o diferentes con distintas orientaciones de las
fibras, variando según la secuencia de apilamiento.
Figura 1. Materiales compuestos. (a) Compuesto reforzado con partículas. (b) Compuesto
reforzado con fibras, el cual es un compuesto laminado (la matriz se forma apilando
láminas) unidireccional (las fibras están orientadas en este caso en una sola dirección).
(Derek Hull, 2003).
Los materiales compuestos desarrollados por el hombre se asemejan a los compuestos
naturales. Éstos son materiales conformados por dos o más materiales (fases) que se unen
insolublemente de ciertas maneras y en proporciones adecuadas para formar un nuevo
material con propiedades diferentes a las de ellos. Los compuestos son diseñados para
lograr mejores desempeños que los de los materiales convencionales (Gutiérrez J., 2007).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
69
La teoría clásica de laminación o CLT –Classical Laminated Theory, proporciona un
método para calcular las fuerzas y momentos resultantes por unidad de longitud que actúan
sobre una lámina, integrando los esfuerzos que actúan en cada lámina a través del espesor
del laminado. Se pueden deducir expresiones específicas de la rigidez del laminado en
función de la construcción del mismo, esto es la orientación y el espesor de las distintas
láminas, la secuencia del apilamiento y las constantes elásticas de cada lamina, módulo de
elasticidad paralelo a la fibra E//, módulo perpendicular a la fibra E⊥, módulo en cizalle en
el plano 12 G12 y razón de Poisson en el mismo plano v12. (Derek Hull, 2003).
Supuestos de la teoría clásica de laminación.
Cuando un material compuesto laminado está formado por diferentes materiales, la
respuesta mecánica del compuesto resultante debe incluir efectos de las propiedades
individuales de cada lámina, según su geometría y orientación.
Interacción perfecta entre las lámina (adhesión perfecta)
Cada lámina se considera que es una capa homogénea de tal manera que sus
propiedades efectivas son conocidas.
La lámina individual puede ser isotrópica, ortotrópica o transversalmente isotrópica.
Un compuesto conformado de varias capas o laminas reforzadas por fibras, se denomina
laminado. Cada capa es delgada y puede tener una orientación de las fibras diferentes. Dos
laminados pueden tener el mismo número de capas y los mismos ángulos de fibra pero los
dos laminados pueden ser diferentes debido a la disposición de las capas. La (figura 2)
muestra un laminado general que consiste con N capas y el sistema de coordenadas
cartesianas general, (Derek Hull, 2003).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
70
Figura 2: Geometría y coordenadas de laminado. Suna, B. (2014).
El espesor del laminado se denota por h y el espesor de una capa de orden k es hk. El origen
del espesor de coordenadas, designado z, se encuentra en el plano medio geométrico del
laminado. El plano medio geométrico puede estar dentro de una capa en particular o en una
interfaz entre capas. El laminado se extiende en la dirección z de -h/2 a +h/2. La capa más
lejana en el lado negativo es la capa 1, la siguiente capa es la capa 2, la capa en una
ubicación arbitraria es la capa k, y la capa en la posición z más positivo es capa de N. Las
ubicaciones de las interfaces de capa son denotadas por un subíndice z; la primera capa está
delimitada por z0 y z1, la segunda capa por z1 y z2, la capa de orden k por zk-1 y zk, y la capa
N-ésimo por ZN-1 y ZN. Suna, B. (2014).
El supuesto importante de la teoría clásica de laminación es que cada punto dentro del
volumen de un laminado está en un estado de tensión plana. Por lo tanto, los esfuerzos se
pueden calcular si conocemos las tensiones de la superficie de referencia. Teniendo en
cuenta la fuerza y el momento resultante, y que se desea calcular las tensiones a través del
espesor, así como las tensiones y las curvaturas de la superficie de referencia. También se
puede hacer esto mediante el cálculo de la matriz de rigidez laminado.
Los métodos convencionales para el diseño estructural de un material compuesto implican
el uso de la ley de Hooke (supuesto de comportamiento elástico) para la dimensión de dos
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
71
materiales compuestos unidireccionales, además de las ecuaciones que relacionan el
esfuerzo y las tensiones en estos materiales. Un material compuesto no es un material
isotrópico y por tanto sus tensiones y deformaciones no pueden estar relacionados solo con
la Ley de Hooke (σ=Eε), donde esta ley solo se extiende a un análisis bidimensional del
laminado. Las propiedades de los materiales, número de capas, orientación de las fibras,
espesor de cada capa, y condiciones de carga son utilizadas para determinar las ecuaciones
de Ley de Hooke para lo cual se requieren numerosos cálculos matriciales (Ramsaroop,
Kanny, 2010).
Por lo tanto, en un intento por reducir esta fase que consume mucho tiempo, se desarrollan
programas informáticos que ayudan al usuario en el diseño de las estructuras compuestas. A
través del programa se pueden realizar cálculos necesarios en una fracción de tiempo
reducida en comparación de las técnicas convencionales (Mazumdar, 2002). De esta
manera, programas como el MatLab que es un paquete de cálculo numérico que permite
manejar de manera óptima cálculos matriciales, son excelentes herramientas para resolver
los sistemas de ecuaciones complejas que tiene la teoría clásica de laminación.
El objetivo de este capítulo consiste en modelar las propiedades mecánicas de los
compuestos pisos de ingeniería, mediante la modelación a través de la teoría clásica de
laminación.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
72
MATERIALES Y MÉTODOS
Para alimentar el modelo matemático según la teoría clásica de laminación se necesitan
conocer las propiedades de los materiales con los cuales se fabricó el piso de ingeniería.
Dichos valores fueron obtenidos en capítulos anteriores (1 y 2), a través de ensayos de
tracción y de nanoindentaciones en el caso del adhesivo (tabla 1). Exceptuando el esfuerzo
de corte el cual se calculó con la expresión (1) y (2).
Tabla 1. Propiedades de los materiales para alimentar el modelo obtenidas en los capítulos
1 y 2 de esta tesis.
E1= módulo de elasticidad en tracción paralela, E2= módulo de elasticidad en tracción perpendicular, G12= Esfuerzo de
corte, V 12= Razón de Poisson
Expresión para determinar el esfuerzo de corte:
Material isotrópico (Adhesivo) : (1)
Donde :
G12= módulo de rigidez (Gpa)
E1 = módulo de elasticidad (Gpa)
V = razón de Poisson
Propiedades de los materiales
Tipo de material E1(GPa) E2(GPa) G12(GPa) v12
Lámina densificada de Pinus radiata 21.2 7.2 3.4 0.27
Lámina densificada de Eucalyptus nitens 18.7 4.9 2.7 0.18
Sustrato OSB 5.1 2.6 0.38 0.21
Sustrato contrachapado 8.5 4.3 0.56 0.30
Adhesivo Urea formaldehido 6.8 3.4 2.3 0.43
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
73
Material Anisótropico (Madera) : donde (2)
GLT=módulo de rigidez en el plano LT
EL = módulo de elasticidad longitudinal
ET =módulo de elasticidad tangencial
X= relación elástica de la madera obtenida
X2 = relación elástica de la madera, tabla 5-1. Wood Handbook (1987).
Además de conocer las propiedades mecánicas de los materiales, es necesario conocer la
geometría del material compuesto (piso laminado) y definir el número de láminas según la
teoría clásica de laminación.
Figura 3: Geometría y coordenadas del piso de ingeniería según la teoría clásica de
laminación.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
74
En tabla (2) se exponen los tipos de laminados que se evaluaron según la teoría clásica de
laminación, además del número de capas que lo conforman (z) y el espesor final del
laminado (h). Cada laminado cuenta con 4 capas (figura 3), la primera corresponde a la
chapa densificada, la siguiente es el adhesivo o capa adhesiva y por último las capas
corresponden al sustrato, el cual, es dividió por la línea central del laminado convirtiéndolo
en 2 capas. Se considera un espesor de 3 mm para la chapa densificada, 9.5 mm para el
sustrato OSB y 9.0 mm para el sustrato contrachapado, la capa del adhesivo varía según el
espesor de línea de cola el cual fue determinado en capítulo 2 de este estudio.
Tabla 2: Características del laminado.
Usando las ecuaciones del modelo matemático obtenidos a través de la ley de Hooke y la
teoría clásica de laminación y utilizando el software MatLab (ver rutina Matlab en anexo),
se obtiene, la constante elástica E1 de cada uno de los tipos de pisos de laminados, que
serán comparadas con los datos obtenidos de forma práctica en el capitulo 2 a través del
ensayo de tracción de un compuesto.
Las propiedades del laminado diseñado se estimaron con las siguientes expresiones:
Determinación de los esfuerzos en cada una de las láminas
Tipo de pisos de ingeniería N de
capas(z)
Espesor total (h)
(mm)
Densificado de Pinus radiata con OSB 4 12.534
Densificado de Pinus radiata con contrachapado 4 12.035
Densificado de Eucalyptus nitens con OSB 4 12.526
Densificado de Eucalyptus nitens con contrachapado 4 12.032
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
75
Donde [Q] es la matriz de rigidez reducida, los elementos de la matriz [Q] en la ecuación
(1) son dependientes de las constantes del material y pueden calcularse usando la ecuación
(3).
(3)
Donde E1, E2 son el módulo de elasticidad en las direcciones 1 y 2 (longitudinal,
tangencial); G12 es el módulo de cizalle; 12, 21 son Poisson en los planos 1-2 y 2-1.
La matriz [Q] en la Ecuación (2) puede ser determinada por la ecuación (4)
Donde [T] es la matriz de transformación; [R] es la matriz de Reuter (constante). Estas
matrices son dadas por:
y
Así, las tensiones locales en la ecuación (1) son transformadas a las tensiones globales de la
ecuación (2) por la ecuación (6)
y
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
76
Las ecuaciones (1) a (6) se usan para determinar las tensiones para una sola capa
compuesta. Dado que los laminados o compuestos son entidades de múltiples capas,
también deben establecerse ecuaciones para este caso. El resultado es la ecuación (7).
Donde N es el vector de las fuerzas resultantes que se aplican al laminado; M es el vector de
los momentos resultantes; 0 es el vector del plano medio; Κ es el vector de las curvaturas
del plano medio geométrico. Los vectores ε y κ están relacionados con las coordenadas
globales por la ecuación (8).
Donde z es una distancia arbitraria del plano medio. Las matrices [A], [B] y [D] de la
ecuación (6) se conocen como matrices de rigidez de extensión, de acoplamiento y de
flexión, respectivamente. Los elementos de estos matrices pueden determinarse a partir de
las ecuaciones (9) a (11):
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
77
Donde finalmente las propiedades del laminado se pueden estimar como:
��𝑥 = Módulo de elasticidad axial
��𝑥 =1
𝑎11𝐻
��𝑦 = Módulo de elasticidad transversal
��𝑦 =1
𝑎22𝐻
��𝑥𝑦= Esfuerzo de corte
��𝑥𝑦 =1
𝑎66𝐻
��𝑥𝑦= Razón de Poisson axial
��𝑥𝑦 = −𝑎12
𝑎11
��𝑥𝑦= Razón de Poisson transversal
��𝑥𝑦 = −𝑎12
𝑎22
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
78
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A través de la teoría clásica de laminación se logró modelar las propiedades del piso de
ingeniería, obteniendo el módulo de elasticidad del compuesto laminado E1. Sin embargo,
al comparar dichos valores con los módulos de elasticidad determinados de forma
experimental, mediante ensayos de tracción en el capitulo 2 de este estudio, se observa que
existe una diferencia significativa con un 95% de confianza entre ambos, siendo inferior E1
del modelamiento.
Tabla 3: Módulo de elasticidad de los laminados E1 obtenidos a través del modelamiento
con la teoría clásica de laminación y de forma experimental.
La tabla 3, expone los valores de módulo de elasticidad obtenidos a través del
modelamiento para los pisos de ingeniería, los cuales no se ajustan a los valores obtenidos
experimentalmente. Debido a lo anterior, no es posible validar el modelo matemático.
Esto se podría explicar de acuerdo a los supuestos de la teoría clásica de laminación
(Gutiérrez J., 2007), el cual asume que cada una de las capas de laminado cuentan con una
homogeneidad en sus propiedades físicas y mecánicas, además de una interacción perfecta
entre las lámina (adhesión perfecta). Sin embargo en los resultados obtenidos
experimentalmente se observa que al unir las capas del laminado con adhesivo urea
formaldehído, se refuerzan las propiedades de las capas adyacentes, provocando un
aumento de sus propiedades. Entre mayor es la zona de interfase mayor es la zona de
reparación de los defectos de la chapa (nudos, rajaduras, grietas), efectos que no son
reflejados a través del modelamiento. Otro aspecto que podría explicar la diferencia
significativa en los valores del E1, corresponde a la geometría de la probeta, considerándose
Piso laminado E1 Modelamiento
(GPa)
E1 Experimental
(GPa)
Pinus radiata densificado con OSB 5,9 21,3
Pinus radiata densificado con contrachapado 3,8 25,8
Eucalyptus nitens densificado con OSB 3,7 20,8
Eucalyptus nitens densificado con contrachapado 5,8 25,1
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
79
que la probeta utilizada para el ensayo es una probeta (hueso de perro), geometría que el
modelo no puede reconocer por ser de forma irregular.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
80
CONCLUSIONES
Luego de realizar el modelo matemático para el piso laminado a través de la teoría clásica
de laminación se logra obtener el módulo de elasticidad del compuesto. Sin embargo al
comparar los resultados del modelo con los ensayos experimentales, no es posible validar el
modelo matemático.
Los resultados simulados y los experimentales difieren significativamente a favor de los
datos experimentales. Sin embargo hay que tener en consideración que la cantidad de datos
disponibles para comparar es escasa y que los resultados de laboratorio tienen una gran
variabilidad, por lo tanto hay tener cuidado a la hora de comparar.
Finamente como recomendación para otros trabajos de investigación, se sugiere comparar
los resultados obtenidos con nuevos modelos, los cuales puedan representar el aumento de
las propiedades luego de la aplicación de adhesivo, además de considerar la geometría de la
probeta en los ensayos.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
81
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este documento agradecen al Proyecto Fondef IDEA CA 13i10310 por
proveer el equipamiento y material prima para desarrollar la investigación, a la empresa
Oxiquim S.A. por suministrar el adhesivo, al Centro de Biomateriales y Nanotecnología,
Laboratorio de Adhesivos y Materiales Compuestos, y al Pabellón de Tecnología de la
Madera de la Universidad del Bío-Bío por proveer equipamiento e instalaciones para
desarrollar la investigación.
BIBLIOGRAFÍA
CASADO, M. (2014). Manual Básico de Matlab‟. Servicios Informáticos UCM, Apoyo a
Investigación y Docencia.
GUTIERREZ, J. (2017). “Análisis de laminados compuestos mediante el método de los
elementos finitos departamento de estabilidad facultad de ingeniería universidad de buenos
aires
HULL, D. (2003). Celtic and Anglo-Saxon art: geometric aspects. Liverpool University
Press.
MAZUMDAR, S. K., (2002). “Composite Manufacturing: Materials, Product, and Process
Engineering,” CRC Press LLC, Boca Raton”.
MATLAB version 8.3.0.532. Natick, Massachusetts: The MathWorks Inc., 2014.
RAMSAROOP, A.; KANNY, K. Using MATLAB. (2010). Design and Analyse
Composite Laminates. Scientific Research Publishing, Engineering, 2, 904-916, 2010.
ROWELL, R. M. (2012). Handbook of wood chemistry and wood composites.
SUNA, B. (2014). Design and Analysis of Laminated Composite Materials submitted;
Degree of Bachelor of Technology in Mechanical Engineering at National Institute of
Technology, NIT Rourkela.
WOOD HANDBOOK (2010). Wood as an engineering material ... Forest Products
Laboratory, General Technical Report FPL- GTR-190, 2010: 509 p.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
82
CONCLUSIÓN GENERAL
Fue posible la fabricación de pisos de ingeniería con una superficie densificada con
especies Pinus radiata y Eucalyptus nitens con sustratos OSB y contrachapado.
Mediante la caracterización de la materia prima para la fabricación del piso de ingeniería se
ratifico el aumento de las propiedades de físicas y mecánicas de las chapas densificadas,
aumentando hasta en 110% la densidad y 220% en el caso de la rigidez.
La caracterización de las propiedades físicas, mecánicas y nanomecánicas realizadas al
compuesto laminado piso, determinó que los pisos con tratamiento de densificación en su
superficie, tienen un importante aumento en sus propiedades en comparación con los pisos
sin el tratamiento de densificación. A la vez se logro determinar mayores propiedades
físicas y mecánicas en los pisos con sustrato contrachapado que en los sustratos OSB.
Mediante el uso del SEM fue posible caracterizar la interface del piso laminado. La
morfología de la interfase en pisos de ingeniería demuestra que el tratamiento de
densificación afecta la penetración del adhesivo urea formaldehído, disminuyendo la zona
interfasial de forma significativa en relación a pisos de ingeniería sin tratamiento.
Empleando un envejecimiento acelerado mediante UV y condensación, fue posible
comprobar el buen comportamiento del los pisos con la superficie densificada. Además se
comprobó la eficacia del barniz poliuretano para la protección de la superficie del piso.
Utilizando las propiedades de las laminas del piso y del adhesivo, fue posible realizar el
modelo matemático a través de la teoría clásica de laminación, sin embargo y luego de la
comparación con las propiedades del compuesto obtenidas experimentalmente, no fue
posible la validación de este.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
83
BIBLIOGRAFÍA GENERAL
ACEVEDO, A. 2012. Efecto de las grietas de debobinado en chapas de Eucalyptus nitens para la
fabricación de tableros contrachapados. Tesis magíster, Universidad del Bío-Bío, Chile.
AHAJJI, A.; DIOUF, P. N.; ALOUI, F.; ELBAKALI, I.; PERRIN, D.; MERLIN, A.;
GEORGE, B. 2009. Influence of heat treatment on antioxidant properties and colour stability of
beech and spruce wood and their extractives. Wood Science and Technology 43: 69-83.
AKPABIO. 2012. Effect of pH on the Properties of Urea Formaldehyde Adhesives Article history.
International Journal of Modern Chemistry, 2012, 2(1): 15-19.
ASTM D638 2014. Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.
ASTM G154. 2006. Standard practice for Operating fluorescent light Apparatus for UV exposure
of nonmetallic materials.
BEAUREGARD, R., 1998b, Survey of standard and markets for composite flooring for Europe
and North America. International Value-added wood processing conference. Toronto, Canada. 3-4
décembre 1998, pp : 79-84.
BEKTAS, I., ALMA, M. H. AND AS, N. 2001. Determination of the relationships between
Brinell and Janka hardness of eastern beech (FagusorientalisLipsky). Forest Products Journal
51(11/12): 84–88.
BLANCHET, P.; M. LEFEBVRE. 2003. Comparative study of four adhesives used as binder in
engineered wood parquet flooring. Forest Prod. J. 53(1):89-93.
BLANCHET, P. 2004. Caractérisation du comportement des lames de plancher d’ingénierie, thèse
de Doctorat, Département de Foresterie et de Géomatique, Université Laval, Québec, Canada, 129 p
BOONSTRA, M.; VAN ACKER, J.; TJEERDSMA,B.; KEGEL, E. 2007. Strength properties of
thermally modified sofwoods and its relation to polymeric structural Wood constituents, Ann. For.
Sci. 64(7), 679-690.
BUCKLEY, D.L.; VAN MOLLE, I.; GAREISS, P.C., TAE H.S.; MICHEL, J.; NOBLIN,
D.J.; JORGENSEN, W.L.; CIULLI, A. 2002. Crews Targeting the von Hippel-Lindau E3
ubiquitin ligase using small molecules to disrupt the VHL/HIF-1α interaction J. Am. Chem. Soc.,
134 (2012), pp. 4465–4468
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
84
BUSTOS, C., GACITUA, W., CLOUTIER, A., FANG, C. H., & CARRASCO, P. V. (2012).
Densification of wood veneers combined with oil-heat treatment. Part III: Cell wall mechanical
properties determined by nanoindentation. BioResources, 7(2), 1525-1532.
CASADO, M. (2014). Manual Básico de Matlab‟. Servicios Informáticos UCM, Apoyo a
Investigación y Docencia.
CHÁVEZ, R. 2015. Caracterización de maderas de rápido crecimiento: Pinus radiata y Eucalyptus
nitens densificadas con un proceso termo-higro-mecánico. Tesis Magister, Universidad del Bío-Bío,
Chile.
CLOUTIER, A.; FANG, C.; MARIOTTI, N. 2008. Densification of wood veneers under the
effect of heat, steam and pressure. Proceedings of the 51st International convention of Society of
wood science and technology. Concepción Chile.
CORPORACIÓN CHILENA DE LA MADERA (CORMA). 2009. PlantacionesForestales,
Pinoradiata. (Consultado el 23/07/2016).
DIAZ-VAZ, J. 2003. Anatomía de maderas. Facultad de Ciencias Forestales. Universidad Austral
de Chile. Valdivia, Chile. 151 pp.
EN 13986 (2004). Wood-based panels for use in construction – Characteristics, evaluation of
conformity and marking. European Standard. CEN 2004.
EN 1534 (2004). Bestimmung des Eindruckwieder- standes (Binell) Prufmethode Deutsche
Fassung EN 1534:2000-04, 4 seiten EN, April 2004.
FANG, C.-H.; CLOUTIER, A.; MARIOTTI, N.; KOUBAA, A.;y BLANCHET, P., (2010). "
La densificación de chapas de madera, "Actas de la Sociedad de la Madera de Ciencia y Tecnología
(SWST) Internacional de Convenciones. Ginebra, Suiza.
FANG C.; CLOUTIER A.; BLANCHET P.; KOUBAA A.; MARIOTTI N. 2011. Densification
of wood veneers combined with oil-heat treatment. Part1: Dimensional stability. Bioresources 6(1),
373-385.
FANG, C.-H.; CLOUTIER, A.; BLANCHET, P. 2012. Engineered wood flooring with a
densified surface layer for heavy-duty use. BioResources, vol. 7, No. 4, pp 5843 a 5854.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
85
FUENTEALBA, V. 2001. Determinación de las constantes elásticas en Pinus radiata d. don por
ultrasonido: módulos de elasticidad, módulos de rigidez y razón de Poisson, scientific electronic
library online - chile. Recuperada en noviembre 20, 2012 tesis doctoral.
GARAY MOENA, R. M. 2007. Impregnating type lasur for the superficial protection of wood and
boards. Agro-Ciencia, 23(1), 25-36.
GIBSON, L.; ASHBY, M. 1997. Cellular solids, structure and properties. In Cambridge
University Press 2nd edn. Cambridge, UK:Cambridge University Press.
GUPTA, R. C.; V. SEHGAL. 1979. Effect of viscosity and molecular weigth of ligninphenol-
formaldehyde resin on the glue adhesion of plywood.Holzfors chungund Holz verwertung 31 (1): 7
– 9.
GUTIERREZ, J. (2017). “Análisis de laminados compuestos mediante el método de los
elementos finitos departamento de estabilidad facultad de ingeniería universidad de buenos aires
HULL, D. (2003). Celtic and Anglo-Saxon art: geometric aspects. Liverpool University Press.
HILL, C. 2006. Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes. John Wiley and
Sons, Ltd, 99-127.
INFOR 2016. Instituto Forestal, Chile.
INOUE, M.; SEKINO, N.; MOROOKA, T.; NORIMOTO, M., 1996. Estabilización
dimensional de compuestos de madera al vapor I. Fijación de maderacomprimidapor la pre-cocción
al vapor. En: Actas del Simposio de CompuestosTercerPacificRimBio-Based, Kyoto, Japón. pp
240-24.
INOUE, M.; SEKINO, N.; MOROOKA, T.; NORIMOTO, M., 1996. Estabilización
dimensional de compuestos de madera al vapor I. Fijación de maderacomprimidapor la pre-cocción
al vapor. En: Actas del Simposio de CompuestosTercerPacificRimBio-Based, Kyoto, Japón. pp
240-24.
INOUE, M.; SEKINO, N.; MOROOKA, T.; ROWELL, R,; Y NORIMOTO, M., (2008).
"Fijación de la deformación a la compresión en madera por pre-vapor, "J. Trop. Bosque. Sci.. 20
(4).
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
86
KAMKE, F. A. 2006. "Densificación de Pinus radiataparacompuestosestructurales"
MaderasCiencia y tecnología 8(2), 83-92.
KOLLMANN, F.P.; KUENZI, E.W.; STAMM, A.J. 1975. Princi- ples of Wood Science and
Technology – Wood Based Materials. Springer – Verlag, New York, Heidelberg, Berlin, 118-120.
KOLLMANN, F., AND FENGEL, D. 1965. “Changes in the chemical composition of wood
bythermal treatment,” HolzRohWerkst. 23(12), 461-468."
KONNERTH, J.; GINDL, W. 2006. Caracterización mecánica de las paredes celulares de la
interfase adhesivo de madera por nanoindentación. Holzforschung60 (2006): 429-433.
KULTIKOVA, E. V. (1999). Structure and properties relationships of densified wood (Doctoral
dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University).
KUTNAR A, SERNEK M (2007). Densification of wood. Zbornik gozd les 82:53–62
LI, L., GONG, M., YUAN, N., & LI, D. (2013). An optimal thermo-hydro-mechanical
densification (THM) process for densifying balsam fir wood. BioResources, 8(3), 3967-3981.
LUTZ, J. F. 1977. Wood veneer: Log selection, cutting, and drying. USDA, Tech. Bull. No. 1577.
137 pp.
MALONEY, T. M. 1996. The family of wood composite materials. Forest Products Journal.
10(2):19-26.
MARIOTTI, N. 2010. Caractérisation des propiertesphysico-méchaniques de bois densifié thermo-
hygroméchaniquement. M.Sc. Thesis, Université Laval, Quebec, Canada.
MASSEY, R., 1998. Engineered Wood Flooring. Séminairesur les planchers composites. Ste- Foy,
Canada.
MATLAB 8.3.0.532. Natick, Massachusetts: The MathWorks Inc., 2014.
MAYER, I,; KOCH, G. 2007. Element content an pH value in American black cherry (Pinus
serotina) whit regard to colour changes during heartwood formation and hot water treatment. Wood
Sci Technol (41):537-547.
MAZUMDAR, S. K., (2002). “Composite Manufacturing: Materials, Product, and Process
Engineering,” CRC Press LLC, Boca Raton”.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
87
MIKLECIC J, JIROUS-RAJKOVIC V, ANTONOVIC A, SPANIC N. 2011. Discoloration of
thermally modified wood during simulated indoor sunlight exposure. Bioresources 6:434–446
NAVI, P.; Y GIRARDET, F.,(2000) . Efecto del tratamiento THM en la estructura y propiedades
de la madera. Holzforschung 54:287-293.
NAVI, P.; Y HEGER, F. 2005. Comportamientotermo-hidgo-mecánico de la madera.
Politécnico y Universidad prensas Romande, Lausanne, ISBN 2-88074-620-5.
NCH 356 OF.1962. Maderas. Parquet.
NCH 2100 OF. 2003 Madera – Molduras – Designación y dimensiones.
NCH176/1.2003. Maderas. Determinación de la humedad. Instituto de Normalización Nacional,
Santiago.
NCH176/2.2003. Maderas. Determinación de la densidad. Instituto de Normalización Nacional,
Santiago.
NIEMZ, P. AND STUBI, T. 2000. Investigations of hardness measurements on wood based
materials using a new uni- versal measurement system. Proceedings of the First In- ternational
Symposium on wood machining, Vienna, 27.- 29.9.2000: 51–61.
PANDEY, K. K. 2005. “Study of the effect of photo-irradiation on the surface chemistry
PARIS, F.; CANAS, J.; MARIN, J. 2006. Introducción al análisis y al diseno de Materiales
Compuestos. Universidad de Sevilla. Sevilla, Espana.
PELIT H. AND SONMEZ A. (2015): The Effect of Thermo-Mechanical Densification and Heat
Treatment on Some Physical Properties of Eastern Beech (Fagus orientalis L.) wood. Duzce
University Journal of Science & Technology 3(1): 1-14.
PELIT, H.; BUDAKCı, M.; AND SONMEZ, A. (2016). “Effects of heat post-treatment on
dimensional stability and water absorption behaviours of mechanically densified Uludag fir and
black poplar woods,” BioResources 11(2), 3215-3229. DOI: 10.15376/biores.11.2.3215-3229
PIZZI, A. 1983. Wood Adhesives and technology. New York, Marcel Dekker Inc. 364 p.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
88
POBLETE, H., (2002). Studio técnico de la utilización de Eucalyptus nitens en la fabricación de
contrachapado: ensayo con trozas basales y segundas. Informe de convenio. Universidad Austral de
Chile- Forestal Minico S.A., 42p.
RAMSAROOP, A.; KANNY, K. Using MATLAB. (2010). Design and Analyse Composite
Laminates. Scientific Research Publishing, Engineering, 2, 904-916, 2010.
RAUTKARI, L.; PROPERZI, M.; PICHELIN, F.; HUGHES, M. 2009. Surface modification of
wood using friction. Wood SciTechnol 43:291–299
RAUTKARI, L.; KAMKE, F.; HUGHES M. 2011. Density profile relation to hardness of
viscoelastic thermal compressed (VTC) wood composite. Wood Science and Technology, 45(5):
693-705.
ROWELL, R. M. (2012). Handbook of wood chemistry and wood composites.
SCHWAB, E. 1990. Die Harte von Laubholzernfur die Parket- therstellung [The hardness of
hardwoods for parquet pro- duction]. HolzalsRoh- und Werkstoff 48(2): 47�51 (in German).
SEO, J. K., JEON, J. S., LEE, J. H., AND KIM, S. M. (2011). “Thermal performance analysis
according to wood flooring structure for energy conservation in radiant floor heating systems,”
Energy and Buildings 43(8), 2039-2042.
SOTO; GYSLING. 2009. productos con oportunidad de desarrollo en chile: pisos de madera.
metropolitana, c. s., & mercado, á. d. e. y. productos con oportunidades de desarrollo en. INFOR.
SUNA, B. (2014). Design and Analysis of Laminated Composite Materials submitted; Degree of
Bachelor of Technology in Mechanical Engineering at National Institute of Technology, NIT
Rourkela.
SUNDQVIST, S. AND MOREN, T. 2002.“The influence of wood polymers and
extactivesonwoodcolour induced by hydrothermal treatment,” HolzRohWerkst. 60, 375-376."
THOMAS, W. H. (2003). Poisson’s ratios of an oriented strand board. Wood science and
technology, 37(3-4), 259-268.
UNSAL, O.; CANDAN, Z.; BUYUKSARı, U.; KORKUT, S.; CHANG, Y. S.; AND YEO, H.
2011.“Effect of thermal compression treatment on the surface hardness, vertical density propile and
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
89
thickness swelling of eucalyptus wood boards by hot-pressing,” MokchaeKonghak 39(2), 1-8. DOI:
10.5658/WOOD.2011.39.2.148.
WANG, X.; DENG, Y.; WANG, S.; LIAO, CH.; MENG, Y.; PHAM, T. 2013. Nanoscale
Characterization of Reed Stalk Fiber Cell Walls. BioResources, 8(2):1986-1996.
WOOD HANDBOOK (2010). Wood as an engineering material ... Forest Products Laboratory,
General Technical Report FPL- GTR-190, 2010: 509 p.
ZIVKOVIC, V.; PRSA, I.; TURKULIN, H.; SINKOVIC, T.; JIROUS-RAJKOVIC, V. 2008.
Dimensional stability of heat treated wood floorings. DrvnaIndustrija 59(2):69–73.
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
90
ANEXO
ANEXO 1: Rutina computacional creada en MatLab, (código del modelamiento).
%Propiedades de los las laminas en GPa en pisos de Pinus radiata densificado con sustrato
contrachapado.
E1=[21249;6790;8510;8510];
E2=[7226;3400;4337;4337];
G12=[3395;2300;560;560];
nu12=[0.27;0.43;0.3;0.3];
z=[-6.0175;0;3.0175;2.982;6.0175];
H=z(5,1)-z(1,1);
R=[1 0 0;0 1 0;0 0 2];
N=[100;100;0];M=[300;200;0];
theta=[0;0;90;90];
A=zeros(3);
B=zeros(3);
D=zeros(3);
for k=1:4
Q=ReducedStiffness(E1(k,1),E2(k,1),nu12(k,1),G12(k,1));
Qbar=Tinv(theta(k,1))*Q*R*T(theta(k,1))*inv(R);
A=A+Qbar*(z(k+1,1)-z(k,1));
B=B+0.5*Qbar*(z(k+1,1)^2-z(k,1)^2);D=D+1/3*Qbar*(z(k+1,1)^3-z(k,1)^3);
End
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
91
A;
B
D;
Astar=inv(A);
Bstar=-1*inv(A)*B;
Cstar=B*inv(A);
Dstar=D-B*inv(A)*B;
Aprime=Astar-Bstar*inv(Dstar)*Cstar;
%Strains and curvatures of the Laminate
Strains=(Astar-Bstar*inv(Dstar)*Cstar)*N+Bstar*inv(Dstar)*M
Curvatures=inv(Dstar)*M-inv(Dstar)*Cstar*N
%Engineering Properties
Exbar=1/(Aprime(1,1)*H)
Eybar=1/(Aprime(2,2)*H)
Gxybar=A(3,3)/H
nuxybar=-Aprime(1,2)/Aprime(1,1)
nuyxbar=-Aprime(1,2)/Aprime(2,2)
%RESULTADOS
Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile
top related